想在火星上翱翔的人

2021-01-16 解仁江

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翻譯：雷豐圖

原文連結：https://phys.org/news/2020-04-mars-story-helicopter-chief.html

校對：牧夫天文校對組

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦

火星直升機與NASA的「毅力號」漫遊車預計將於明年發射升空（原計劃今年夏天，根據3月底NASA最新發布消息發射時間調整為明年）。該項目組的首席工程師鮑勃·巴拉然(Bob Balaram)一直夢想在火星翱翔，他很快就可以夢想成真了！

當被記者問到「有沒有人告訴你這是一個瘋狂的想法？」時，巴拉然打斷道：「所有人一直都在這麼說。」這裡提到的「瘋狂想法」就是如今在甘迺迪航天中心孕育著的，將和「毅力號」一起暢遊火星的直升機項目。

巴拉然和正在測試臺上的火星直升機

Credit: NASA/JPL-Caltech

巴拉然的這個想法要追溯到早在上世紀六十年代的「阿波羅時代」。當時身在南印度的他通過廣播見證了人類登月，「我興奮地咯咯直叫。」他回憶道：「早在網際網路普及之前，我的眼球就緊緊地鎖定在航天領域上了。」

巴拉然擁有聰明的腦袋和豐富的想像力。他先是在印度理工學院獲得了機械工程學士學位，隨後在倫斯勒理工學院獲得了計算機與系統工程碩士和博士，緊接著在位於南加州的NASA噴氣推進實驗室做了35年的機器人技術專家。

在該實驗室中，巴拉然的工作包含了機械手臂、早期火星車、金星探測氣球的研發，以及主導開發了火星科學實驗室進入大氣層、下降和著陸模擬軟體。

艱難的研發過程

與其它創新的想法一樣，火星直升機的研發不是一蹴而就的。在上世紀九十年代的一場專業講座上，史丹福大學教授伊蘭·克魯提出了一種迷你浮空器的新概念，隨後被NASA列入先進理念提案。巴拉然聯想到這在火星上潛在的應用，並與史丹福大學和矽谷的一家小公司一起聯名向NASA提交了研究報告。儘管沒能立刻收到投資，該提案仍然收穫了一些正面的評價，並且在噴氣推進實驗室進行了火星模擬環境下的旋翼測試。但除此以外，該方案在之後的15年裡一直處於擱置狀態。

時間飛逝，另一場講座上賓夕法尼亞大學展示了無人機與直升機的應用。隨後，查爾斯·伊拉奇(Charles Elachi)——未來的噴氣推進實驗室主管——在返回實驗室後開始諮詢相似的機器是否能應用在火星上。一位同事向伊拉奇提到了巴拉然此前在這方面的研究。由此，伊拉奇希望巴拉然能在原方案基礎上推陳出新，力求登上2020年火星探索計劃的順風車。該方案才真正開始全速研發。

在巴拉然和他的團隊夜以繼日的工作下，他們提前兩周完成了新的提案。儘管提案並未入選探測器械中，它仍作為備選方案並接受了更多的投資。隨著咪咪·昂(Mimi Aung)接手火星直升機的經營並降低了整個計劃的風險，火星直升機終於作為技術展示項目登上了「毅力號「。

「火星2020」早前計劃於今年七月中旬發射（現已推遲），2021年2月抵達火星。「毅力號」將在紅色行星上持續工作一個火星年（687 地球日）。

Credit：NASA

製造與測試

能在火星上飛的直升機是怎麼製造的呢？

火星表面的大氣層密度只有地球上的百分之一。巴拉然將這具象化為在地球上三萬米的高空（普通直升機飛行高度極限的七倍）上的空氣密度。與此同時還要考慮直升機的有效載荷，例如電池和無線電。

「你不可能把這些東西簡單地放在一起就能在火星上飛得起來。」

這看起來就像是要造一個兼具著宇宙飛船功能的飛行器，將作為標誌性探索任務的一員。巴拉然表示：「我們必須有百分百的把握。」

於是他們造出了一個質量為1.8千克的直升機，並配置了兩對直徑長達1.2米上下分布反向旋轉的輕薄旋翼在火星稀薄的大氣運作。

直徑長達1.2米的旋翼所使用的材料與普通無人機旋翼並無區別

Credit：NASA/JPL-Caltech

接下來的難題就變成「如何測試這樣一個前無先例的怪物？」如此極端的環境在地球自然環境上很難找到，因此巴拉然和他的團隊開始在噴氣動力實驗室的真空室和空間模擬室來進行測試。

未來，「毅力號」在耶澤洛隕石坑著陸兩個半月之後，火星直升機團隊將會有30天的時間在真正的火星環境下展示他們的成果。該展示包含了機體檢驗以及史上第一次在火星大氣層飛行的嘗試。

拋開在地球上所做的一系列努力和測試，這仍是一個高風險、高回報的技術展示。就像巴拉然坦率地總結道：「我們有可能失敗。」

但如果這個項目真的在火星上成功了，那這將是「另一顆行星上的懷特兄弟」一般的壯舉——火星上，或者說地外行星上第一架用機械動力裝置飛行的飛行器。這樣的潛質也能為將來NASA探索外星球時的探測器研發鋪路。

全速前進！！！

2020火星計劃的主要目的是發射「毅力號」火星漫遊車。「毅力號」的任務也不局限於研究火星過去的宜居性，更將直接尋找古老微生物存在的跡象。除此之外，「毅力號」也將獲取一些土壤和巖石樣本來確定未來火星計劃的研究方向。即使火星直升機項目遇到困難，「毅力號」的主線任務也不會受到任何影響。

巴拉然指出，除了通常地勤人員在登陸火星時的「恐怖七分鐘」，直升機在每次升空和降落時還會給他和他的團隊帶來「恐怖七秒鐘」的體驗。「在過去的六年裡，我們每周都會遇到這種刺激的時刻，」巴拉然說道，「我都習慣了。」

巴拉然同時還對一起和他開發火星直升機的團隊給予了高度讚揚，稱團隊的每個人都機敏能幹。「這是個偉大的團隊，致力於挑戰困難——這很有趣，」巴拉然說道，「好想法從來都不會消亡，它們只是需要點時間。」

讓我們拭目以待吧！用不了多久它將在火星上翱翔，甚至會在更多地外天體上翱翔！

責任編輯：毛明遠

牧夫新媒體編輯部

『天文溼刻』 牧夫出品

赫歇爾天文臺於2010年拍攝的距離地球5000光年外的羅塞塔星雲及其附近的塵埃

Credit：NASA

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