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3米高度悬停30秒，火星无人机「机智号」首飞成功，1.2万人贡献开源代码

时间：2021-04-20 13:47:01 | 来源：机器之心Pro

来源：机器之心

作者：小舟、陈萍

火星上的一小步，人类的一大步。

当地时间 19 日 NASA 宣布在毅力号的「注视」下，机智号（Ingenuity）无人直升机成功完成了火星上的首次飞行，并完成 3 米高度悬停 30 秒的高难度动作。

机智号团队表示，从火星传回到地球的数据显示，机智号完成了持续约 40 秒的火星首飞，在垂直上升 3 米后，执行了悬停、下降和着陆等所有设定动作。

起飞：

空中悬停：

下降和着陆：

整个飞行过程持续了约 40 秒，机智号无人机创造了人类在火星上的「莱特兄弟时刻」！

一波三折

机智号试飞时间为美国东部时间 19 日 3 时 34 分（北京时间 15 时 34 分），美东时间当天 6 时 46 分（北京时间 18 时 46 分）接收到机智号通过毅力号火星车传回地球的数据，确认其上升至预设的 3 米飞行高度，悬停约 30 秒，随后降落并顺利在火星着陆。

此前，NASA 原定于 4 月 11 日拟尝试首次动力飞行，但在机翼高速旋转测试中，直升机电脑从飞行前模式转为飞行模式期间，系统出现问题并提前终止测试。因此，首飞时间推迟至 14 日。但在 14 日的测试中，由于需要安装其飞行控制软件以修复此前出现的计算机软件故障，验证和安装新飞行软件需要时间，因此首飞时间第二次被推迟。

一波三折之后，机智号火星无人机终于在 4 月 19 日首飞成功。在接下来一个月的时间里，机智号还将进行多达 4 次的飞行。第二次试飞计划不早于 4 月 22 日进行，挑战更高的飞行高度，飞行高度上升到 5 米，飞行时间会更长。最后两次飞行将更加雄心勃勃，最后一次飞行可能会在团队规划的平坦、安全的飞行场（airfield）外飞行。

Ingenuity 的首席飞行员 Håvard Grip 表示：「机智号独创性的完成了它的首次飞行，一架动力飞机在另一个星球上的第一次飞行！」

虽然今天机智号飞行时间很短，但具有重要意义，为今后火星飞机探索铺平了道路。美国航天局官员表示，得益于机智号的开创性工作，未来的 Red Planet 任务通常会包括直升机作为探测器侦察员或数据采集员。

机智号的导航相机拍到的投在火星表面的影子。

为了能在稀薄的火星大气层中飞行，与在地球飞行的直升机相比，机智号火星无人机需要克服哪些困难呢？

机智号旋翼的转速要快得多，叶片达到每分钟 2500 转以上的转速。机智号其实是一台小型的共轴双旋翼直升机，通过螺旋桨的旋转提供升力，可以精确控制 4 个旋翼的倾角，2 个螺旋桨反向旋转力矩抵消，无需尾桨，整体结构也更适合折叠。机智号的重量只有 1.8 千克，高 0.5 米，有 4 片旋翼，驱动电机的峰值功率可达到 350 瓦，由太阳能电池板为锂电池充电。

图源：https://zhaokaifeng.com/?p=6981

在火星上起飞是个大问题，由于火星表面和地球环境相差很大，火星表面重力大约只有地球表面的 1/3。为了让机智号能够在火星上飞行，必须足够坚固，承受高转速对机体结构的考验。为此，机智号的旋翼、支脚都使用碳纤维构成。

机智号原型在实验室中的试飞（图源：NASA）

这项耗费 8500 万美元的飞行是一次技术演示，旨在证明在火星上能够进行动力控制飞行，没有其他额外任务。这次飞行验证了未来火星飞行探测器的可行性，为未来火星宇航员使用无人机打下了基础。

下车独立飞行

早在两个月前，机智号无人机就搭上毅力号火星车的顺风车，一同着陆火星。机智号被固定在毅力号的底部，它们一起经受了 8 分钟内从秒速五公里减速到 0 的考验，在火星成功着陆。对毅力号来说，在火星着陆就是最大的考验。而对于附着在其底面的机智号，考验才刚刚开始。火星表面的温度极低，耶泽罗陨击坑中夜晚最低温度是零下 90 摄氏度，许多电子元件的运行都会受到影响。

毅力号拥有核电池，因此当机智号附着在毅力号上时，可以依靠毅力号的能源保温。