人類已經(jīng)對火星開展了幾十次無人探索任務(wù)，研究了火星的大氣和表面。其中包括好奇號、機(jī)遇號、火星軌道探測器、火星勘測軌道飛行器、火星大氣與揮發(fā)物演化軌道器以及已經(jīng)出發(fā)尚未到達(dá)的洞察號著陸器。而在未來的10年中，還有許多任務(wù)正在規(guī)劃。
火星2020探測車任務(wù)就在其中。它的設(shè)計源于好奇號火星車，不過會搭載不同的科學(xué)載荷。NASA在最近發(fā)布的一份聲明中說，隨著火星2020一同前往火星的，還有一臺火星直升機(jī)。這是一架小型的自主旋翼機(jī)，能夠驗證在火星上投放重于空氣的飛行器的可行性和潛力。
正如NASA局長吉姆布萊登斯汀在近日的新聞稿中所稱，這種旋翼飛機(jī)符合NASA一直以來的創(chuàng)新傳統(tǒng)。“NASA有著驕人的歷史，”他說，“讓地球制造的直升機(jī)在另一顆行星上空飛行，這種想法令人興奮。火星直升機(jī)可以為我們未來的火星科學(xué)、發(fā)現(xiàn)和探索任務(wù)帶來很大的希望。”
美國眾議員約翰考爾伯森附和了布萊登斯汀的聲明。他說：“多棒啊，美國會是世界歷史上第一個在另一顆行星上釋放飛行器的國家。這項令人興奮和遠(yuǎn)見卓識的成就將激勵全美年輕人成為科學(xué)家和工程師，為未來更大的發(fā)現(xiàn)鋪平道路。”
火星直升機(jī)始于NASA噴氣推進(jìn)實驗室的一個技術(shù)開發(fā)項目。在過去的4年里，噴氣推進(jìn)實驗室一直在對它進(jìn)行設(shè)計、開發(fā)和反復(fù)測試，終于制造出一架質(zhì)量不到1.8千克、只有足球大小的旋翼機(jī)。它可以依靠兩個反轉(zhuǎn)葉片以近3000轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)，這是地球直升機(jī)旋翼轉(zhuǎn)速的10倍。
JPL火星直升機(jī)項目主管米米昂指出，“地球上直升機(jī)飛行的最高紀(jì)錄大約是12000米。火星的大氣層厚度只有地球的1/100，當(dāng)直升機(jī)在火星表面飛行時，相當(dāng)于處在地球上的30000米高度。為了讓直升機(jī)在低密度大氣里也可以飛行，我們必須仔細(xì)檢查一切，讓直升機(jī)盡可能輕便，同時也盡可能堅固。”
火星大氣的平均地面壓力約為地球海平面的0.6%，這樣的直升機(jī)非常適合在這種稀薄的大氣層中活動。它不但能夠增加火星車的探測范圍，還可以探測火星車無法到達(dá)的地區(qū)。正如NASA科學(xué)任務(wù)委員會副主管托馬斯?jié)砂统剿f：
“這體現(xiàn)了科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的完美結(jié)合，也是推動未來火星探索的獨特機(jī)遇。在萊特兄弟之后，另一批美國先驅(qū)或許會證明，不只是地球，人類在另外一顆行星上也可以進(jìn)行持續(xù)可控的動力飛行。”
火星直升機(jī)的其他優(yōu)化還包括鋰離子電池，給電池充電的太陽能板，以及能在火星的夜晚中為機(jī)器保溫的加熱機(jī)制。在火星中緯度地區(qū)，夜晚的氣溫可以低至-63℃。此外，直升機(jī)的程序設(shè)置為自主飛行，因為考慮到火星與地球的距離，實時操縱飛行是不可能做到的。
這些命令將由地球上的控制員發(fā)出，而火星車作為命令的中轉(zhuǎn)站，指示直升機(jī)在完成部署后開始飛行。它們預(yù)計將在2021年2月抵達(dá)火星，直升機(jī)將附著在火星車底部，直到火星車選擇合適的地點將它釋放到地面上。
在完成對電池充電和一系列飛行前測試后，地球上的控制者將向火星直升機(jī)發(fā)出命令，啟動其首次為期30天的測試飛行。這段測試包括5次起落，最長90秒，最遠(yuǎn)長達(dá)幾百米，離火星車越來越遠(yuǎn)。
在它的首次飛行中，直升機(jī)會垂直爬升到3米，并盤旋約30秒。在完成這些測試后，火星直升機(jī)會協(xié)助火星車進(jìn)行地質(zhì)評估，并確定其著陸視野范圍內(nèi)的可居住型。這樣做的目的是尋找火星上的古老生命跡象，并評估未來的載人探險任務(wù)可能用到的自然資源和可能面臨的災(zāi)害風(fēng)險。
火星車還會首次在火星采集巖石和土壤的樣本，將它們封裝在密封管內(nèi)，留在火星上以供未來的宇航員取回。如果一切順利，火星直升機(jī)可以證明在未來的任何任務(wù)里，低空飛行的“偵察兵”都可以起到大作用。這些任務(wù)可能包括對土星最大的衛(wèi)星泰坦開展的機(jī)器人探索任務(wù)，研究人員希望利用直升機(jī)探測其地表和大氣。
我們期待火星2020任務(wù)能夠揭示這顆紅色星球更多有趣的事情。如果直升機(jī)的方式被證明可行，我們就可以得到傳統(tǒng)火星車無法獲得的更多信息和圖像。
