NASA研发火星探测直升机 用于新路线导航

在地球上，探索火山或参与救援的机器人得益于无线电信号的瞬间传递，使得远程遥控成为可能。无线电信号从控制中心迅速传递至机器人，只需短暂的瞬间。即使在遥远的月球上，这样的远程操控同样可行。光速传播的无线电信号仅需大约2.5秒即可实现地球与月球间的沟通。

这种微小的延迟对于远程操控而言，并不构成显著的干扰。早在20世纪70年代，苏联就已成功操控无人驾驶月球车，覆盖长达40公里的月球探险之旅。

操控火星探测车却是一项更为艰巨的任务，因为距离的原因造成了信号传输的延迟。根据火星与地球相对位置的不同，信号往返可能需要8到42分钟。探测车通常依赖预编程的程序指令进行自主运行。

这些探测车具备出色的自主能力，能够通过编程接收一系列运行指令，或者利用车载计算机处理导航摄像机拍摄的图像，自主测定速度、识别障碍物和危险。在必要时，它们甚至能够绘制通往特定目标的安全路线。

尽管通过地球指令行动最为迅速——例如勇气号和机遇号火星探测车在一小时内能行驶124米——但这种模式显然是最不安全的。

为了确保安全，探测车有时会依靠摄像机图像进行自主导航。虽然这种模式使得行动更为安全，但速度却大大降低，每小时仅行驶10米。当探测车前方路线因地形复杂而不清晰时，便会采用这种模式。

好奇号单日能行驶144米，而机遇号的单日最长行驶距离可达224米。若地面指挥者能提前获取更好的路线信息，他们便能编辑指令，让未来的火星探测车拥有更大的单日行动力。

科学家们提出了一个创新的想法：使用无人直升机。这种无人机每天在探测车前进行飞行，利用其空中拍摄的优势帮助地面指挥者规划前往科学目标的行驶路线。

在火星上飞行面临着巨大的挑战。火星的引力仅为地球的38%，这意味着直升机的螺旋桨叶片需要产生比在地球上更大的浮力。火星的大气比地球稀薄数百倍，这使得螺旋桨叶片更难产生足够的下推力来创造浮力。

无人直升机必须能够依靠预先设定的指令自主起飞，沿着指定的路线稳定飞行。它还必须具备在火星崎岖表面上反复起飞和降落的能力。它还需要能在火星严酷的环境中存活，包括夜晚温度急剧下降至100华氏度或更低。

喷气推进实验室的工程师们设计了一款无人直升机，其质量仅相当于一个纸巾盒，约为1公斤。这款直升机的螺旋桨长达1.1米，每分钟转速高达3400转。这款太阳能动力的无人机在白天通过太阳能电池板充电，以确保夜晚的加热和为期2至3分钟的飞行任务所需电量。每次行动半径约为半公里，所拍摄图像实时传回地面控制中心。这项设计凸显了提前规划探测路线的重要性。