想在火星上翱翔的人

翻译：雷丰图

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

校对：牧夫天文校对组

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

火星直升机与NASA的“毅力号”漫游车预计将于明年发射升空（原计划今年夏天，根据3月底NASA最新发布消息发射时间调整为明年）。该项目组的首席工程师鲍勃·巴拉然(Bob Balaram)一直梦想在火星翱翔，他很快就可以梦想成真了！

当被记者问到“有没有人告诉你这是一个疯狂的想法？”时，巴拉然打断道：“所有人一直都在这么说。”这里提到的“疯狂想法”就是如今在肯尼迪航天中心孕育着的，将和“毅力号”一起畅游火星的直升机项目。

巴拉然和正在测试台上的火星直升机

Credit: NASA/JPL-Caltech

巴拉然的这个想法要追溯到早在上世纪六十年代的“阿波罗时代”。当时身在南印度的他通过广播见证了人类登月，“我兴奋地咯咯直叫。”他回忆道：“早在互联网普及之前，我的眼球就紧紧地锁定在航天领域上了。”

巴拉然拥有聪明的脑袋和丰富的想象力。他先是在印度理工学院获得了机械工程学士学位，随后在伦斯勒理工学院获得了计算机与系统工程硕士和博士，紧接着在位于南加州的NASA喷气推进实验室做了35年的机器人技术专家。

在该实验室中，巴拉然的工作包含了机械手臂、早期火星车、金星探测气球的研发，以及主导开发了火星科学实验室进入大气层、下降和着陆模拟软件。

艰难的研发过程

与其它创新的想法一样，火星直升机的研发不是一蹴而就的。在上世纪九十年代的一场专业讲座上，斯坦福大学教授伊兰·克鲁提出了一种迷你浮空器的新概念，随后被NASA列入先进理念提案。巴拉然联想到这在火星上潜在的应用，并与斯坦福大学和硅谷的一家小公司一起联名向NASA提交了研究报告。尽管没能立刻收到投资，该提案仍然收获了一些正面的评价，并且在喷气推进实验室进行了火星模拟环境下的旋翼测试。但除此以外，该方案在之后的15年里一直处于搁置状态。

时间飞逝，另一场讲座上宾夕法尼亚大学展示了无人机与直升机的应用。随后，查尔斯·伊拉奇(Charles

Elachi)——未来的喷气推进实验室主管——在返回实验室后开始咨询相似的机器是否能应用在火星上。一位同事向伊拉奇提到了巴拉然此前在这方面的研究。由此，伊拉奇希望巴拉然能在原方案基础上推陈出新，力求登上2020年火星探索计划的顺风车。该方案才真正开始全速研发。

在巴拉然和他的团队夜以继日的工作下，他们提前两周完成了新的提案。尽管提案并未入选探测器械中，它仍作为备选方案并接受了更多的投资。随着咪咪·昂(Mimi Aung)接手火星直升机的经营并降低了整个计划的风险，火星直升机终于作为技术展示项目登上了“毅力号“。

“火星2020”早前计划于今年七月中旬发射（现已推迟），2021年2月抵达火星。“毅力号”将在红色行星上持续工作一个火星年（687 地球日）。

Credit：NASA

制造与测试

能在火星上飞的直升机是怎么制造的呢？

火星表面的大气层密度只有地球上的百分之一。巴拉然将这具象化为在地球上三万米的高空（普通直升机飞行高度极限的七倍）上的空气密度。与此同时还要考虑直升机的有效载荷，例如电池和无线电。

“你不可能把这些东西简单地放在一起就能在火星上飞得起来。”

这看起来就像是要造一个兼具着宇宙飞船功能的飞行器，将作为标志性探索任务的一员。巴拉然表示：“我们必须有百分百的把握。”

于是他们造出了一个质量为1.8千克的直升机，并配置了两对直径长达1.2米上下分布反向旋转的轻薄旋翼在火星稀薄的大气运作。

直径长达1.2米的旋翼所使用的材料与普通无人机旋翼并无区别

Credit：NASA/JPL-Caltech

接下来的难题就变成“如何测试这样一个前无先例的怪物？”如此极端的环境在地球自然环境上很难找到，因此巴拉然和他的团队开始在喷气动力实验室的真空室和空间模拟室来进行测试。

未来，“毅力号”在耶泽洛陨石坑着陆两个半月之后，火星直升机团队将会有30天的时间在真正的火星环境下展示他们的成果。该展示包含了机体检验以及史上第一次在火星大气层飞行的尝试。

抛开在地球上所做的一系列努力和测试，这仍是一个高风险、高回报的技术展示。就像巴拉然坦率地总结道：“我们有可能失败。”

但如果这个项目真的在火星上成功了，那这将是“另一颗行星上的怀特兄弟”一般的壮举——火星上，或者说地外行星上第一架用机械动力装置飞行的飞行器。这样的潜质也能为将来NASA探索外星球时的探测器研发铺路。

全速前进！！！

2020火星计划的主要目的是发射“毅力号”火星漫游车。“毅力号”的任务也不局限于研究火星过去的宜居性，更将直接寻找古老微生物存在的迹象。除此之外，“毅力号”也将获取一些土壤和岩石样本来确定未来火星计划的研究方向。即使火星直升机项目遇到困难，“毅力号”的主线任务也不会受到任何影响。

巴拉然指出，除了通常地勤人员在登陆火星时的“恐怖七分钟”，直升机在每次升空和降落时还会给他和他的团队带来“恐怖七秒钟”的体验。“在过去的六年里，我们每周都会遇到这种刺激的时刻，”巴拉然说道，“我都习惯了。”

巴拉然同时还对一起和他开发火星直升机的团队给予了高度赞扬，称团队的每个人都机敏能干。“这是个伟大的团队，致力于挑战困难——这很有趣，”巴拉然说道，“好想法从来都不会消亡，它们只是需要点时间。”

让我们拭目以待吧！用不了多久它将在火星上翱翔，甚至会在更多地外天体上翱翔！

『天文时刻』 牧夫出品

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赫歇尔天文台于2010年拍摄的距离地球5000光年外的罗塞塔星云及其附近的尘埃

Credit：NASA