在火星上开直升机！——“灵巧号”的火星之旅

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原创：钟艺

编辑：王延昕

排版：媛子

后台：库特莉亚芙卡 李子琦 胡永葳 董腾晨

我们能在另一个星球上开飞行器吗？这已不再是异想天开，“灵巧”号飞行器已经在火星上不受地形限制，以更灵活高效的方式移动与测量信息。

人类早已能够让航天器着陆在另一个星球，还可以让它重返地球，但在其他星球大气层内进行持续地飞行是完全不同的过程。以火星为例，首先火星上没有跑道，因此我们只能选择旋翼直升机；其次，火星大气稀薄到仅有地球的1%，要让直升机飞起来可没那么容易。可以做一个简单的类比，在火星上飞行相当于在地球上3万米高空的稀薄空气中飞行，而现在地球上的直升机升限普遍仅有数千米而已，直升机升限的世界纪录也不过12442米。

为了能够在这样苛刻的条件下飞起来，灵巧号必须做到两点：一是其重量非常的轻仅有1.8公斤；二是灵巧号的旋翼转速达到了一般直升机的5-6倍（每分钟2400转），这样才能在那么稀薄的大气中获得足够的升力飞起来。

灵巧号直升机的旋翼

灵巧号于2020年7月30日作为“毅力号”火星车的“秘密武器”发射升空离开地球，于今年2月份抵达火星表面。在脱离毅力号之前，灵巧号由火星车为其供电。随着4月份毅力号清理了灵巧号的太阳能电池板，灵巧号在脱离毅力号后能够实现自主供能。

毅力号腹侧慢慢展开的灵巧号（红圈标注位置）

通过自带的高分辨率相机，灵巧号在飞行时可以获得大量的周边地形信息，帮助“毅力号”火星车更好地规划它的路线，从而减少毅力号轮胎的磨损，提高使用寿命。（此处cue一下前辈“好奇号”单薄的铝制车轮，在探索火星的过程中伤痕累累）

火星车前辈“好奇号”伤痕累累的轮胎

灵巧号的飞行具有很大的自主性。工程师需要提前发送命令，而数据会延迟很长一段时间才反馈回地球（小编注：目前火地间数据传输单向约需20分钟，来回便是40分钟）。在这中间，直升机需要自主决定如何飞到指定地点，并且给自身保温。

2021年4月19日，灵巧号完成了它的第一次飞行，在火星表面3米的高度成功悬停近40秒

5月7日，灵巧号的第5次飞行，没有像先前一样，飞回到事先选定的“机场”，而是在一个新的区域着陆。

第9次飞行，飞行时间达到166秒，距离超过650米，创下了保留至今的最高纪录。

截止完稿，灵巧号已经执行了15次飞行任务。第 14 次和第 15 次飞行也是灵巧号在火星夏季完成的首批次飞行，由于温度较高导致空气密度更低，直升机的旋翼必须旋转得更快才能飞行。科学家们在数千万公里外的地球上继续调试着这架直升机，准备进行下一次飞行，往更长的飞行时间，更高的飞行高度，更远的飞行距离尝试。

灵巧号的15次飞行记录：

第一次飞行：2021 年 4 月 19 日，垂直起飞3米，静止悬停和着陆

第二次飞行： 2021 年 4 月 22 日，垂直起飞5米，悬停，然后向西移动4.2米，然后返回并着陆

第三次飞行：2021 年 4 月 25 日，垂直起飞5米，悬停，以 2 m/s 的空速向北移动100米，然后返回陆地

第四次飞行： 2021 年 4 月 30 日，垂直起飞5米，悬停，以 3.5m/s 的速度向南移动 266米，然后返回着陆

第五次飞行： 2021 年 5 月 7 日，垂直起飞10米，悬停，以 3.5 m/s 的速度向南移动 129米，然后降落在新位置

第六次飞行： 2021 年 5 月 22 日，垂直起飞 10米，悬停，以 14公里/小时的速度向西南移动 150米，向南飞行 15米，再飞行 50米，然后返回陆地

第七次飞行： 2021 年 6 月 8 日，垂直起飞10米，悬停，以 14公里/小时的速度移动 106米，降落在 D 机场

第八次飞行： 2021 年 6 月 21 日，垂直起飞，悬停，向西南移动158米，降落在距离毅力133米的 E 机场

第九次飞行：2021 年 7 月 5 日，西南方向以每秒5米的速度飞过一个预期的研究地点，完成创纪录625米的飞行距离

第 10 次飞行：2021 年 7 月 24 日，在Raised Ridges上空达到创纪录的 12 米高度，飞往 G 机场。飞行时间为 165.4 秒。

第十一次飞行： 2021 年 8 月 5 日，飞行 381米，持续 130 秒，为毅力号漫游车的一系列侦察任务做准备。

第十二次飞行： 2021 年 8 月 16 日，飞行450米，持续 169 秒，在空中爬升 10米，飞越火星的“南赛塔”地区。

第十三次飞行： 2021 年 9 月 5 日，飞行210米，持续 160.5 秒，在火星“南塞塔”地区的一条特定山脊线上爬升 8米。

第十四次飞行： 2021 年 10 月 25 日，完成2米高的“短跳”以测试更高的转速设置。然后在5 米的高度以 1.6公里/小时的速度飞行了 23 秒。

第十五次飞行：2021 年 11 月 6 日，飞回其原始着陆点。它以大约 18公里/小时的速度飞行了总共 128 秒。

灵巧号飞行过程中拍摄的地面

或许我们中的许多人在小时候玩过遥控飞机，长大后也见证了无人机的普及，但灵巧号是首个在另一个星球上实现受控飞行的飞行器。它从实践的角度证实，飞行在另一个星球上也是可行的。灵巧号为未来更多的火星直升机提供了经验，也推动了计划于2034年到达土卫六“泰坦”的“蜻蜓号”直升机的研究。

最后还有一个小知识点，莱特兄弟于1903年试飞了人类第一架飞机“飞行者一号”，而在好奇号火星车上正携带着来自飞行者一号的一小块布料。

未来的某一天，或许人类已经能够在火星上生活，或许人类回收了早已无法动弹的好奇号、毅力号、灵巧号等等，将它们放置在博物馆里，成为人类探索精神的纪念碑，那天还远吗？

责任编辑：王延昕

牧夫新媒体编辑部

『天文湿刻』 牧夫出品

这张从空间站拍摄的照片显示了巴哈马群岛周围的蓝绿色水域，如图所示，这是2021年11月8日这一周的空间站亮点。影像来源：NASA