豐色 發自 凹非寺
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火星探測正在吸引全世界越來越多的目光。
最近，由我國自行設計研製的火星無人機原理樣機已透過驗收。
繼美國之後，中國也將有自己的火星無人機了！
別看就這麼小小的一臺，它由中科院耗時兩年完成。
共軸雙旋翼的設計將使其能夠產生足夠升力，升至5~10米，一次可飛行3分鐘，1分鐘能飛300米。
在大氣密度僅為地球1%的火星上，完成這樣的飛行可太具有挑戰性了。
並且該無人機身上帶有一臺微型多光譜探測儀，可充當火星車的“領航員”，協助火星車加速完成探測任務。
它有望在我國下一次火星探測任務中登上火星。
做火星車的“領航員”
為什麼火星車需要這樣一位“領航員”呢？
大家都還記得吧，今年5月15日，咱們國家的“祝融號”火星車，成功著陸火星。
截止到8月15日，它在火星表面成功執行的90個火星日（約92個地球日）裡，累計行駛889米，共傳回地球約10GB原始資料，圓滿完成既定巡視探測任務。
是的，90天就走了不到900米。
因為火星表面環境實在非常複雜，再加上火星發射的高昂成本，容不得一點“翻車”，所以它的每一次移動都要先仔細觀測好周圍環境，然後才能挪動一小步。
必須要小心再小心。
另外火星車還要邊移動邊做科學考察併發送資料給地球，然後等待回應和指示才能繼續下一步。
但由於距離和頻寬，火星與地球之間的訊號傳輸相當慢……
所以兩大原因加起來，無論是“祝融號”還是NASA的“毅力號”，誰也快不了。
“有沒有可能設計一個可以在火星巡飛的多光譜探測系統，給火星車當導遊？”
早在2016年1月11日我國火星探測任務正式立項時，中科院複雜航天系統電子資訊科技重點實驗室的研究員卞春江就產生了這樣一個想法。
這樣火星車行駛受限制、前進速度較慢、探測範圍較小等問題都能解決了。
於是在2019年3月，基於該實驗室在飛行器、電子通訊、人工智慧等方面的技術基礎，卞春江提出“火星無人機”構想並申請了北京市科委的空間科學國家實驗室培育專案。
同年6月，專案正式立項，名為“火星地表巡飛光譜探測關鍵技術研究”。
現在，經過為期兩年的研製，終於到了原理樣機驗收階段。
一次可以飛3分鐘，1分鐘能飛300米左右
與有4個螺旋槳的方形無人機不同，火星樣機有兩個相互平行、長1.4米的螺旋槳。
在這之下有四條機械腿，四腿之間還有一個正方形的“肚子”，用來容納探測火星所需的裝置。
上面搭載了一臺微型光譜儀，總重量為2.1公斤。
卞春江介紹道，按照該火星無人機的設計能力，在一次飛行中，透過微型光譜儀可以完成半徑幾百米範圍的火星地表成像，快速、精確掌握火星車周邊地形和地表物相關成分資訊。
除了幫助火星車避障，如果發現高價值的目標，它還可以引導火星車又快又準地抵達。
“如此一來，在無人機的引導下，火星車就可以高效地完成科學探測任務了。”
ps.其實在今年4月，NASA的“機智號”無人機就在火星試飛成功，用來為“毅力號”火星車規劃勘察最佳行駛路線。
也是人類首次在地球以外的大氣層內完成動力飛行的“萊特兄弟時刻”。
1.8kg的它垂直上升約3米後堅持了約40秒，完成首飛。
而中科院的這個無人機飛行高度初步定位在5~10米，一次可以飛3分鐘，1分鐘能飛300米左右，透過無線充電的方式從火星車獲得電力。
除了功率與通訊限制之外，火星大氣稀薄，密度僅為地球的1%。
所以在火星上放飛無人機極具挑戰，在此環境下首先就必須產生足夠的升力才能讓它飛起來。
由於目前火星上還不可能建跑道，那飛行器就只能拋棄固定翼選擇直升機形式。
而單旋翼帶尾槳的直升機，在保證同等升力的情況下，槳盤直徑大、結構不夠緊湊，不利於搭載運輸；
採用多旋翼式無人機呢，體積勢必會很大；
只有共軸雙旋翼無人機能在最小的輪廓尺寸下具有最大的槳盤面積，有利於在稀薄大氣中獲取足夠的升力。
因此，團隊成員最終選擇了共軸雙旋翼的技術路線，也就是前面我們看到的那個樣子。
未來還要很多工作要做
目前，已透過驗收的該專案被評價為“為我國後續火星探測提供可能手段”。
但卞春江表示，還有很多工作要做。
比如後續團隊將重點圍繞無人機在火星極低溫度、陣風沙塵等複雜環境下長期生存的問題，開展相關技術攻關與驗證工作。
另外正式開發完成後，如何測試也是一個問題：國內還沒有能同時滿足低溫、低壓、大尺寸環境的試驗艙。
他們也要想辦法爭取新支援。
而未來5~6年將是研究的視窗期，卞春江表示：
我們希望能夠攻克這些技術難題，讓無人機搭載下一次火星探測任務登上火星。
參考連結:
[1]https://mp.weixin.qq.com/s/BewN3ohkjSWYSEBsWA5TDA
[2]https://spectrum.ieee.org/china-mars-helicopter-rover-exploration
— 完 —
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