火星探测直升机——飞比跑容易？
美国宇航局的喷气推进实验室正在研发一直新型无人机，用于未来火星探测器的路线引导。研发这种机器导航员的原因是因为在火星上行驶实在是太艰难了。
在地球上，用于探索火山或者协助救援的机器人能够实现远程遥控。这是因为无线电信号几乎能瞬间从控制中心传递给机器人。在月球上远程操控并不困难，以光速传播的无线电信号只需要大约2.5秒就能够实现地球与月球间的往返。这种延迟并不足以对远程遥控产生严重的干扰。在20世纪70年代，苏联就以这种方式操控无人驾驶月球车，并且成功探索了40公里的月球地域。
但是在火星上操控却困难得多，因为它距离我们太遥远了。根据火星与地球间的相对位置不同，信号需要8到42分钟才能实现往返。预编程程序必须被发送到探测车上，然后探测车自动执行程序。探测车能够通过编程简单执行地球上发送的一系列运行指令，或者能够借助车载计算机处理导航摄像机拍摄的图像，并自主测定速度、判断障碍物和危险。它甚至能够绘制前往特定目标的安全路线。
根据地球发送的指令行动是最迅速的。勇气号和机遇号火星探测车以这种方式能够在一小时内行驶124米。但是这种模式也是最不安全的。若探测车主动以摄像机图像引导自己，行动会更加安全，但却更缓慢，因为所有的图像都需要处理。这种运行模式下一小时只能行驶10米，当探测车的前方路线因地势不清晰时，它就不得不使用这种模式。
好奇号单日行驶了144米，机遇号的单日行驶最长距离为224米。如果地面指挥者能够提前获得一个更好的路线，他们就能够编辑指令让未来的火星探测车获得更大的单日行动力。因此科学家们提出了无人直升机的想法。这种无人机能够每天在探测车前飞行。空中图像的优势能够让地面指挥者计划行驶路线前往科学目标。
在火星上飞行面临着特殊的考验。一方面火星引力只有地球的38%，因此直升机不需要产生与地球上相同的悬浮力。而且直升机的螺旋桨叶片通过向下推动空气产生浮力，这在火星上更加难以操控，因为火星大气比地球稀薄数百倍。因此螺旋桨叶片只能选择更加快速的旋转或者设计的非常巨大。
无人机必须能够借助提前设定的指令自己起飞，并且沿着一条指定的路线稳定飞行。它也必须反复的在火星崎岖的表面起飞和降落。它必须能够在火星艰苦的条件下存活，那里的夜间温度能够直线下降到100华氏度甚至更低。
喷气推进实验室的工程师们设计了一架质量为1公斤的无人直升机，它的大小只相当于一个纸巾盒。螺旋桨长度达到了1.1米，每分钟转速为3400转。这架无人机是太阳能动力的，因此它的电池每天必须获得足够的电能用于支撑每天2到3分钟的飞行，以及夜晚的加热。它每次行动半径约有半公里，它所获得的图像会传递给地面控制中心。工程师们预计无人机的提前探测对于设定探测车路线是非常有价值的。
- 发表于 2015-03-22 00:00
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