6 月 11 日消息，“機(jī)智號(hào)”火星直升機(jī)此前已經(jīng)完成 28 次飛行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原定計(jì)劃。隨著火星冬季臨近，“機(jī)智號(hào)”火星直升機(jī)的電池電量不斷降低，現(xiàn)在任務(wù)團(tuán)隊(duì)最關(guān)心的是直升機(jī)能否挺過(guò)長(zhǎng)達(dá) 4 個(gè)月的火星冬季。
美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）原本只打算讓“機(jī)智號(hào)”火星直升機(jī)完成五次飛行。但自從 2021 年 4 月在火星表面進(jìn)行首次飛行以來(lái)，“機(jī)智號(hào)”已經(jīng)飛行了 28 次，正在為第 29 次做準(zhǔn)備。根據(jù)火星表面的浮塵狀況和“毅力號(hào)”火星車運(yùn)行計(jì)劃，此次飛行原定在本周末進(jìn)行。但現(xiàn)在“機(jī)智號(hào)”直升機(jī)面臨的新挑戰(zhàn)是其能夠挺過(guò)漫長(zhǎng)的火星冬季。目前還不清楚這架直升機(jī)能否挺過(guò)漫長(zhǎng)的火星冬季。
目前“機(jī)智號(hào)”直升機(jī)位于火星北半球，將于今年 7 月份迎來(lái)火星冬季。由于火星上的一年大約相當(dāng)于地球上的兩年時(shí)間，這也是“機(jī)智號(hào)”將要經(jīng)歷的第一個(gè)火星冬天（去年 7 月并非火星冬天）。隨著火星冬至日臨近，白天越來(lái)越短，夜晚越來(lái)越長(zhǎng)，沙塵暴也可能會(huì)讓安裝在直升機(jī)雙旋翼上方的太陽(yáng)能電池板收集到的陽(yáng)光更少。最近，太陽(yáng)能電池板上覆蓋的厚厚灰塵就導(dǎo)致 NASA“洞察號(hào)”火星探測(cè)器任務(wù)結(jié)束，而嚴(yán)寒對(duì)電子設(shè)備的影響都是“機(jī)遇號(hào)”以及“勇氣號(hào)”火星探測(cè)器任務(wù)結(jié)束的原因之一。
“我們相信它可以生存下去，”NASA“機(jī)智號(hào)火星直升機(jī)”項(xiàng)目主管戴夫?萊弗里（Dave Lavery，但“每多一天都是饋贈(zèng)?！眹姎馔七M(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）“機(jī)智號(hào)”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人泰迪?扎內(nèi)托斯 (Teddy Tzanetos) 最近表示：“每個(gè)火星日都有可能是機(jī)智號(hào)的最后一天?！?/p>
上月，由于電池性能下降，大部分電量都用于加熱設(shè)備，“機(jī)智號(hào)”與地球短暫失去聯(lián)系。兩天后，NASA 與“機(jī)智號(hào)”重新取得聯(lián)系，但由于直升機(jī)電池電量低于 70%，且氣溫持續(xù)降低，為在長(zhǎng)達(dá) 4 個(gè)月的冬季保證電力供應(yīng)，“機(jī)智號(hào)”直升機(jī)在夜間暫停使用機(jī)載加熱器。加熱器通常在氣溫低于零下 20 攝氏度時(shí)啟動(dòng)。在上個(gè)月出現(xiàn)電池電量不足和通訊中斷問(wèn)題后，“機(jī)智號(hào)”團(tuán)隊(duì)將加熱器啟動(dòng)的外界溫度下調(diào)到零下 40 攝氏度。但火星冬季的夜間溫度可降至零下 80 攝氏度，這增加了直升機(jī)內(nèi)部電子設(shè)備受損的可能性。
本周一，NASA 宣布傳感器故障，推遲“機(jī)智號(hào)”第 29 次飛行。這使得任務(wù)團(tuán)隊(duì)不得不上傳軟件補(bǔ)丁，依靠另一個(gè)傳感器來(lái)管理“機(jī)智號(hào)”的導(dǎo)航算法。
火星上發(fā)生的沙塵暴也是一個(gè)未知因素。今年 5 月份，美國(guó)休斯頓大學(xué)一個(gè)團(tuán)隊(duì)研究 NASA 傳感器在火星上探測(cè)到的四年數(shù)據(jù)顯示，太陽(yáng)照射不平衡和火星南半球變暖增加了發(fā)生大規(guī)模沙塵暴的可能性，這種沙塵暴甚至可以覆蓋整個(gè)火星。休斯頓大學(xué)副教授李黎明說(shuō)，春季和夏季是火星的風(fēng)暴季節(jié)，但隨著北半球接近冬至，發(fā)生嚴(yán)重風(fēng)暴的可能性降低了。但需要注意的是這項(xiàng)研究針對(duì)的是整個(gè)火星，沒(méi)有考慮任何特定地區(qū)，杰洛隕石坑內(nèi)的條件也可能與火星地表其他地方不同。
當(dāng)被問(wèn)及是否還會(huì)有更多的沙塵暴時(shí)，李黎明表示：“這很難說(shuō)?！薄霸谖覀冋嬲龣z測(cè)杰洛隕石坑之前，很難給出一個(gè)明確答案?！?/p>
由于“機(jī)智號(hào)”直升機(jī)停止正常的飛行活動(dòng)，任務(wù)團(tuán)隊(duì)主要精力將放在傳輸飛行性能日志和最近 8 次飛行拍攝的高清圖像等數(shù)據(jù)，并對(duì)直升機(jī)進(jìn)行軟件升級(jí)。根據(jù)火星氣候模型，NASA 預(yù)計(jì)今年秋季太陽(yáng)能采集量會(huì)有所回升，允許直升機(jī)恢復(fù)正?；顒?dòng)。到 9 月或 10 月，如果“機(jī)智號(hào)”能夠重新獲得夜間加熱系統(tǒng)的能力，就可以恢復(fù)正常飛行，為“毅力號(hào)”火星車尋找可以存放巖石和土壤樣本的地方，并探索杰洛隕石坑內(nèi)的一個(gè)河流三角洲。
由于從地球發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)抵達(dá)火星需要 5 到 20 分鐘的時(shí)間，“機(jī)智號(hào)”必須使用完全自動(dòng)化的飛控系統(tǒng)，也沒(méi)有普通直升機(jī)和一些 NASA 航天器所使用的激光雷達(dá)等傳感器。但向下攝像頭可以幫助“機(jī)智號(hào)”確定自身位置、速度和高度。
任務(wù)團(tuán)隊(duì)可以在冬季停機(jī)期間進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)。萊弗里表示：“如果’機(jī)智號(hào)’撐過(guò)火星冬季后能夠在今年晚些時(shí)候繼續(xù)運(yùn)行，團(tuán)隊(duì)目前正在考慮幾項(xiàng)飛行系統(tǒng)升級(jí)，以增加系統(tǒng)健壯性并提高直升機(jī)的導(dǎo)航能力?！?/p>
萊弗里表示，NASA 將在已知區(qū)域測(cè)試自動(dòng)避險(xiǎn)系統(tǒng)。“機(jī)智號(hào)”的前幾次飛行條件相對(duì)平穩(wěn)，但隨著直升機(jī)將在有更多可能障礙的地區(qū)著陸，自動(dòng)避險(xiǎn)系統(tǒng)的作用正在增加。萊弗里說(shuō)，這些系統(tǒng)最初是與“機(jī)智號(hào)”的飛控系統(tǒng)一起開(kāi)發(fā)的，但 2020 年升空時(shí)并沒(méi)有安裝。
上個(gè)月，開(kāi)發(fā)“機(jī)智號(hào)”飛控系統(tǒng)的研究人員公布了自動(dòng)避險(xiǎn)系統(tǒng)的進(jìn)展，其可以在緊急情況下預(yù)測(cè)未知地區(qū)的最佳降落地點(diǎn)。這種緊急著陸系統(tǒng)將在未來(lái)的 NASA 任務(wù)中發(fā)揮作用，比如于 2027 年將四軸飛行器送往土衛(wèi)六的“蜻蜓號(hào)”任務(wù)。
與“機(jī)智號(hào)”一樣，將于 2035 年抵達(dá)土衛(wèi)六的“蜻蜓號(hào)”無(wú)人機(jī)會(huì)在距離地球幾百萬(wàn)公里的地方獨(dú)自飛行。但“機(jī)智號(hào)”是搭乘“毅力號(hào)”火星車抵達(dá)火星，相比之下，核動(dòng)力的“蜻蜓號(hào)”無(wú)人機(jī)會(huì)于抵達(dá)土衛(wèi)六一個(gè)多小時(shí)后起飛，在半空中拋掉降落傘和著陸外殼，開(kāi)始為期兩年的尋找生命任務(wù)。
研究人員借“機(jī)智號(hào)”獲得的經(jīng)驗(yàn)也可能有助于未來(lái)火星任務(wù)。NASA 艾姆斯研究中心（Ames Research Center）和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室在“機(jī)智號(hào)”抵達(dá)火星的兩年前就開(kāi)始了第二代直升機(jī)的研究工作。萊弗里將“機(jī)智號(hào)”類比于首個(gè)登陸火星的“旅居者號(hào)”火星車?！奥镁诱咛?hào)”火星車于 1997 年登陸火星，自此之后，幾乎每一次火星表面探測(cè)任務(wù)都搭載火星車。萊弗里說(shuō)：“我們希望’機(jī)智號(hào)’也能起到類似作用，讓直升機(jī)成為任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)組成部分?！?/p>
NASA 的 ROAMX 項(xiàng)目正設(shè)計(jì)用于下一代直升機(jī)的改進(jìn)方案，比如對(duì)旋翼葉片進(jìn)行改進(jìn)，減少阻力，并能夠攜帶重約 1 公斤的科學(xué)載荷飛行約 6 公里。去年，NASA 首席研究員海利?卡明斯（Haley Cummings）在一份關(guān)于未來(lái)火星飛行的報(bào)告中說(shuō)，ROAMX 項(xiàng)目對(duì)旋翼葉片的改進(jìn)將用于火星科學(xué)直升機(jī)，這架 30 公斤重的六旋翼直升機(jī)能夠在失去一個(gè)旋翼的情況下繼續(xù)飛行。
火星試驗(yàn)飛行器的研制已經(jīng)進(jìn)行了 20 多年，有形狀像燈罩的直升機(jī)、成群的小型無(wú)人機(jī)，還有用氣象氣球發(fā)射的滑翔機(jī)，以及可以在不同飛行方式之間切換的傾斜旋翼機(jī)。未來(lái)火星直升機(jī)可能會(huì)用于探索火星車無(wú)法到達(dá)的區(qū)域，最終為宇航員運(yùn)送工具和物資。
艾姆斯研究中心的科學(xué)家們還設(shè)想了一種自動(dòng)化機(jī)庫(kù)，用來(lái)保護(hù)飛行器免受嚴(yán)寒和灰塵的侵襲，將設(shè)計(jì)壽命延長(zhǎng)數(shù)年時(shí)間。如果火星直升機(jī)的運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)，多個(gè)設(shè)備就可以組成機(jī)器網(wǎng)絡(luò)，完成探索熔巖管道、火山或冰蓋等任務(wù)。
萊弗里認(rèn)為，“機(jī)智號(hào)”最重要的任務(wù)是在 2021 年 4 月的首次飛行中完成的。持續(xù) 39 秒的飛行證明人類能夠在另一個(gè)星球上進(jìn)行動(dòng)力飛行?！皬哪且院蟮拿恳淮物w行，以及我們從每一次連續(xù)飛行中收集的所有數(shù)據(jù)，都有助于人類進(jìn)一步完善相關(guān)知識(shí)，”萊弗里說(shuō)。
前四次飛行最多只飛行了幾十米，單次不超過(guò)一分鐘時(shí)間?！皺C(jī)智號(hào)”第五次飛行時(shí)持續(xù)了 108 秒，飛行距離 129 米。然后，“機(jī)智號(hào)”開(kāi)始協(xié)助火星車探索火星地形、尋找可能的生命形式。應(yīng)“毅力號(hào)”火星車科學(xué)團(tuán)隊(duì)的要求，“機(jī)智號(hào)”拍攝了杰洛隕石坑底部福頓山脊巖石的高清照片，還飛越了部分 Séítah 地區(qū)，提供火星車無(wú)法抵達(dá)區(qū)域的圖像和信息，“如果沒(méi)有直升機(jī)，就不可能捕捉到這些信息，”萊弗里說(shuō)。
今年 4 月份，“機(jī)智號(hào)”以每小時(shí) 20 公里的速度飛行，前后持續(xù)了兩分鐘多的時(shí)間，共飛行 700 多米，完成在另一個(gè)星球上最長(zhǎng)最快的一次動(dòng)力飛行。當(dāng)月晚些時(shí)候，“機(jī)智號(hào)”捕獲著陸平臺(tái)降落傘和保護(hù)外殼的照片，NASA 希望利用這些照片確保未來(lái)航天器的安全著陸。
萊弗里說(shuō)，“機(jī)智號(hào)”即將迎來(lái)的第一個(gè)火星冬天是團(tuán)隊(duì)從未想到過(guò)的挑戰(zhàn)，但現(xiàn)在他們已經(jīng)證明直升機(jī)在火星上飛行是可能的，這有可能讓直升機(jī)成為未來(lái)探索其他天體的任務(wù)組成部分?！拔覀冞€沒(méi)有決定下一個(gè)目的地是什么，”萊弗里說(shuō)。“但有一件事我很有信心，那就是還會(huì)有下一次?！?/p>
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