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2023-01-26
更新時間:2022-06-11 09:22:21作者:未知
6月11日消息,“機(jī)智號”火星直升機(jī)此前已經(jīng)完成28次飛行,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原定計(jì)劃。隨著火星冬季臨近,“機(jī)智號”火星直升機(jī)的電池電量不斷降低,現(xiàn)在任務(wù)團(tuán)隊(duì)最關(guān)心的是直升機(jī)能否挺過長達(dá)4個月的火星冬季。
美國國家航空航天局(NASA)原本只打算讓“機(jī)智號”火星直升機(jī)完成五次飛行。但自從2021年4月在火星表面進(jìn)行首次飛行以來,“機(jī)智號”已經(jīng)飛行了28次,正在為第29次做準(zhǔn)備。根據(jù)火星表面的浮塵狀況和“毅力號”火星車運(yùn)行計(jì)劃,此次飛行原定在本周末進(jìn)行。但現(xiàn)在“機(jī)智號”直升機(jī)面臨的新挑戰(zhàn)是其能夠挺過漫長的火星冬季。目前還不清楚這架直升機(jī)能否挺過漫長的火星冬季。
目前“機(jī)智號”直升機(jī)位于火星北半球,將于今年7月份迎來火星冬季。由于火星上的一年大約相當(dāng)于地球上的兩年時間,這也是“機(jī)智號”將要經(jīng)歷的第一個火星冬天(去年7月并非火星冬天)。隨著火星冬至日臨近,白天越來越短,夜晚越來越長,沙塵暴也可能會讓安裝在直升機(jī)雙旋翼上方的太陽能電池板收集到的陽光更少。最近,太陽能電池板上覆蓋的厚厚灰塵就導(dǎo)致NASA“洞察號”火星探測器任務(wù)結(jié)束,而嚴(yán)寒對電子設(shè)備的影響都是“機(jī)遇號”以及“勇氣號”火星探測器任務(wù)結(jié)束的原因之一。
“我們相信它可以生存下去,”NASA“機(jī)智號火星直升機(jī)”項(xiàng)目主管戴夫·萊弗里(Dave Lavery,但“每多一天都是饋贈?!眹姎馔七M(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)“機(jī)智號”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人泰迪·扎內(nèi)托斯(Teddy Tzanetos)最近表示:“每個火星日都有可能是機(jī)智號的最后一天?!?/p>
上月,由于電池性能下降,大部分電量都用于加熱設(shè)備,“機(jī)智號”與地球短暫失去聯(lián)系。兩天后,NASA與“機(jī)智號”重新取得聯(lián)系,但由于直升機(jī)電池電量低于70%,且氣溫持續(xù)降低,為在長達(dá)4個月的冬季保證電力供應(yīng),“機(jī)智號”直升機(jī)在夜間暫停使用機(jī)載加熱器。加熱器通常在氣溫低于零下20攝氏度時啟動。在上個月出現(xiàn)電池電量不足和通訊中斷問題后,“機(jī)智號”團(tuán)隊(duì)將加熱器啟動的外界溫度下調(diào)到零下40攝氏度。但火星冬季的夜間溫度可降至零下80攝氏度,這增加了直升機(jī)內(nèi)部電子設(shè)備受損的可能性。
本周一,NASA宣布傳感器故障,推遲“機(jī)智號”第29次飛行。這使得任務(wù)團(tuán)隊(duì)不得不上傳軟件補(bǔ)丁,依靠另一個傳感器來管理“機(jī)智號”的導(dǎo)航算法。
火星上發(fā)生的沙塵暴也是一個未知因素。今年5月份,美國休斯頓大學(xué)一個團(tuán)隊(duì)研究NASA傳感器在火星上探測到的四年數(shù)據(jù)顯示,太陽照射不平衡和火星南半球變暖增加了發(fā)生大規(guī)模沙塵暴的可能性,這種沙塵暴甚至可以覆蓋整個火星。休斯頓大學(xué)副教授李黎明說,春季和夏季是火星的風(fēng)暴季節(jié),但隨著北半球接近冬至,發(fā)生嚴(yán)重風(fēng)暴的可能性降低了。但需要注意的是這項(xiàng)研究針對的是整個火星,沒有考慮任何特定地區(qū),杰洛隕石坑內(nèi)的條件也可能與火星地表其他地方不同。
當(dāng)被問及是否還會有更多的沙塵暴時,李黎明表示:“這很難說?!薄霸谖覀冋嬲龣z測杰洛隕石坑之前,很難給出一個明確答案?!?/p>
由于“機(jī)智號”直升機(jī)停止正常的飛行活動,任務(wù)團(tuán)隊(duì)主要精力將放在傳輸飛行性能日志和最近8次飛行拍攝的高清圖像等數(shù)據(jù),并對直升機(jī)進(jìn)行軟件升級。根據(jù)火星氣候模型,NASA預(yù)計(jì)今年秋季太陽能采集量會有所回升,允許直升機(jī)恢復(fù)正?;顒?。到9月或10月,如果“機(jī)智號”能夠重新獲得夜間加熱系統(tǒng)的能力,就可以恢復(fù)正常飛行,為“毅力號”火星車尋找可以存放巖石和土壤樣本的地方,并探索杰洛隕石坑內(nèi)的一個河流三角洲。
由于從地球發(fā)出的無線電信號抵達(dá)火星需要5到20分鐘的時間,“機(jī)智號”必須使用完全自動化的飛控系統(tǒng),也沒有普通直升機(jī)和一些NASA航天器所使用的激光雷達(dá)等傳感器。但向下攝像頭可以幫助“機(jī)智號”確定自身位置、速度和高度。
任務(wù)團(tuán)隊(duì)可以在冬季停機(jī)期間進(jìn)行系統(tǒng)升級。萊弗里表示:“如果’機(jī)智號’撐過火星冬季后能夠在今年晚些時候繼續(xù)運(yùn)行,團(tuán)隊(duì)目前正在考慮幾項(xiàng)飛行系統(tǒng)升級,以增加系統(tǒng)健壯性并提高直升機(jī)的導(dǎo)航能力。”
萊弗里表示,NASA將在已知區(qū)域測試自動避險(xiǎn)系統(tǒng)?!皺C(jī)智號”的前幾次飛行條件相對平穩(wěn),但隨著直升機(jī)將在有更多可能障礙的地區(qū)著陸,自動避險(xiǎn)系統(tǒng)的作用正在增加。萊弗里說,這些系統(tǒng)最初是與“機(jī)智號”的飛控系統(tǒng)一起開發(fā)的,但2020年升空時并沒有安裝。
上個月,開發(fā)“機(jī)智號”飛控系統(tǒng)的研究人員公布了自動避險(xiǎn)系統(tǒng)的進(jìn)展,其可以在緊急情況下預(yù)測未知地區(qū)的最佳降落地點(diǎn)。這種緊急著陸系統(tǒng)將在未來的NASA任務(wù)中發(fā)揮作用,比如于2027年將四軸飛行器送往土衛(wèi)六的“蜻蜓號”任務(wù)。
與“機(jī)智號”一樣,將于2035年抵達(dá)土衛(wèi)六的“蜻蜓號”無人機(jī)會在距離地球幾百萬公里的地方獨(dú)自飛行。但“機(jī)智號”是搭乘“毅力號”火星車抵達(dá)火星,相比之下,核動力的“蜻蜓號”無人機(jī)會于抵達(dá)土衛(wèi)六一個多小時后起飛,在半空中拋掉降落傘和著陸外殼,開始為期兩年的尋找生命任務(wù)。
研究人員借“機(jī)智號”獲得的經(jīng)驗(yàn)也可能有助于未來火星任務(wù)。NASA艾姆斯研究中心(Ames Research Center)和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室在“機(jī)智號”抵達(dá)火星的兩年前就開始了第二代直升機(jī)的研究工作。萊弗里將“機(jī)智號”類比于首個登陸火星的“旅居者號”火星車?!奥镁诱咛枴被鹦擒囉?997年登陸火星,自此之后,幾乎每一次火星表面探測任務(wù)都搭載火星車。萊弗里說:“我們希望’機(jī)智號’也能起到類似作用,讓直升機(jī)成為任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)組成部分?!?/p>
NASA的ROAMX項(xiàng)目正設(shè)計(jì)用于下一代直升機(jī)的改進(jìn)方案,比如對旋翼葉片進(jìn)行改進(jìn),減少阻力,并能夠攜帶重約1公斤的科學(xué)載荷飛行約6公里。去年,NASA首席研究員海利·卡明斯(Haley Cummings)在一份關(guān)于未來火星飛行的報(bào)告中說,ROAMX項(xiàng)目對旋翼葉片的改進(jìn)將用于火星科學(xué)直升機(jī),這架30公斤重的六旋翼直升機(jī)能夠在失去一個旋翼的情況下繼續(xù)飛行。
火星試驗(yàn)飛行器的研制已經(jīng)進(jìn)行了20多年,有形狀像燈罩的直升機(jī)、成群的小型無人機(jī),還有用氣象氣球發(fā)射的滑翔機(jī),以及可以在不同飛行方式之間切換的傾斜旋翼機(jī)。未來火星直升機(jī)可能會用于探索火星車無法到達(dá)的區(qū)域,最終為宇航員運(yùn)送工具和物資。
艾姆斯研究中心的科學(xué)家們還設(shè)想了一種自動化機(jī)庫,用來保護(hù)飛行器免受嚴(yán)寒和灰塵的侵襲,將設(shè)計(jì)壽命延長數(shù)年時間。如果火星直升機(jī)的運(yùn)行時間更長,多個設(shè)備就可以組成機(jī)器網(wǎng)絡(luò),完成探索熔巖管道、火山或冰蓋等任務(wù)。
萊弗里認(rèn)為,“機(jī)智號”最重要的任務(wù)是在2021年4月的首次飛行中完成的。持續(xù)39秒的飛行證明人類能夠在另一個星球上進(jìn)行動力飛行?!皬哪且院蟮拿恳淮物w行,以及我們從每一次連續(xù)飛行中收集的所有數(shù)據(jù),都有助于人類進(jìn)一步完善相關(guān)知識,”萊弗里說。
前四次飛行最多只飛行了幾十米,單次不超過一分鐘時間?!皺C(jī)智號”第五次飛行時持續(xù)了108秒,飛行距離129米。然后,“機(jī)智號”開始協(xié)助火星車探索火星地形、尋找可能的生命形式。應(yīng)“毅力號”火星車科學(xué)團(tuán)隊(duì)的要求,“機(jī)智號”拍攝了杰洛隕石坑底部福頓山脊巖石的高清照片,還飛越了部分Séítah地區(qū),提供火星車無法抵達(dá)區(qū)域的圖像和信息,“如果沒有直升機(jī),就不可能捕捉到這些信息,”萊弗里說。
今年4月份,“機(jī)智號”以每小時20公里的速度飛行,前后持續(xù)了兩分鐘多的時間,共飛行700多米,完成在另一個星球上最長最快的一次動力飛行。當(dāng)月晚些時候,“機(jī)智號”捕獲著陸平臺降落傘和保護(hù)外殼的照片,NASA希望利用這些照片確保未來航天器的安全著陸。
萊弗里說,“機(jī)智號”即將迎來的第一個火星冬天是團(tuán)隊(duì)從未想到過的挑戰(zhàn),但現(xiàn)在他們已經(jīng)證明直升機(jī)在火星上飛行是可能的,這有可能讓直升機(jī)成為未來探索其他天體的任務(wù)組成部分。“我們還沒有決定下一個目的地是什么,”萊弗里說?!暗幸患挛液苡行判?,那就是還會有下一次?!保ǔ匠剑?/p>