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探测火星为何要用直升机?
发表于:2019-12-07 17:24 分享至:

火星直升机在火星上飞走的想象图。

火星区域环境普查航空器。

金星大气机动平台。

在实验室中进走测试的火星直升机。

李会超

消息背景

由美国国家航空航天局设计制造的一艘名叫“火星2020”的火星车,将在2020年7月起程奔赴火星,对火星上的环境与地质过程进走更深入的探测,探寻火星上现在或曾经是否有能够存在生命。

“火星2020”还有另一项义务:它将携带一架被称为“火星侦查直升机”的航空器,试验这栽航空器在火星上飞走的实际效率,为今后行使航空器在其他走星开展探测进走前卫式的技术验证。上个月,这架火星直升机刚刚在NASA喷气动力实验室中完善了在地球上的模拟飞走测试,为前去火星的实战做益了准备。

航空器探测上风稀奇

现在,对走星的探测办法主要有环绕探测、原位探测和巡视探测三栽。环绕探测,主要经历运走在环绕火星、金星等其他走星的轨道上的航天器,行使遥感探测的办法来完善。遥感探测,一般讲就是行使各栽科学探测仪器在太空中给走星拍“照片”,但这些“照片”不光包含了走星形式的图像信息,清淡还有光谱、高程等更为雄厚的信息,能够逆映走星形式的大气与矿物成分和地形首伏等特征。而原位探测则是行使在走星形式着陆的探测器,对探测器所在位置的岩石、大气或生物信息开展探测。巡视探测同样是在走星形式进走,但由所以由火星车这类能够移动的巡视器进走,所以探测周围能比原位探测有所扩展。

对于火星探测来说,环绕探测能够使吾们获得相关火星较为详细的信息,而原位和巡视探测则能够使吾们获得更为邃密的信息,在这几栽探测办法的相互相符作下,科学家们已经对火星有了必定的晓畅。然而,原由实走环绕探测的探测器距火星形式的距离清淡都在几百公里以上,不容易将火星形式的细节不都雅察得稀奇清亮。同时,卫星对某一地点进走一次不都雅测后,受运走轨道的局限吉林快三最新开奖,必须阻隔很长时间后才会对该地点进走再次不都雅测吉林快三最新开奖,难以对一些转折较快的表象进走不息不都雅测。而原位探测和巡视探测的邃密水平固然较高吉林快三最新开奖,但原位探测仅能在着陆点睁开,火星车等巡视器的走走周围也相等有限。以前不久刚刚终结做事的“机遇号”火星车为例,它在14年的做事过程中统统仅移动了45公里,相对于火星两万众公里的周长来说显得微不能道。

为了在不息探测时间、探测周围和探测精度这三个因素间达到更益的均衡,科学家们萌生了行使固定翼飞机或直升飞机这些在大气层中飞走的航空器,对火星开展探测的思想。原由航空器的飞走高度较矮,所以只需搭载重量不大的探测载荷就能实现精度较高的遥感探测。同时,航空器在空中的移动速度比巡视器快得众,能在短时间内完善对一片区域的详细探测,并能在短时间内重访有主要表象发生的区域,对其进走不息监测。航空器的探测受地形影响较少,能够到达巡视器所无法到达的区域,并在那里着陆进走原位探测,所以探测义务的规划能够相等变通。末了,航空器还能够充当“侦察兵”的角色,对巡视器前线的地形地貌和能够发生的表象进走先走探测,为科学家们决定巡视器下一步朝哪个倾向移动挑供关键数据。

“火星侦查直升机”将初试牛刀

“火星侦查直升机”是行使航空器进走走星探测的第一次尝试,由美国国家航空航天片面属的喷气动力实验室研发设计。这是一台重量仅有1.8千克的幼型飞走器,顶部旋翼的直径仅有1.2米,和吾们清淡概念中在地球上飞走的直升机相比,它的个头要幼很众。它采用共轴式双旋翼设计,两个旋翼旋转产生的力矩能够相互抵消,所以无需像地球上的一些直升机相通安置尾桨。原由火星的内禀磁场较弱,不存在规则的南北向磁场,所以火星直升机在飞走过程中无法像地球上相通,行使磁场为本身指使倾向。同时,火星附近现在还异国安放相通于GPS的卫星导航网络。为了在这栽情况下飞走器仍能够自立导航,喷气动力实验室的科学家们为它设计了行使太阳所在位置和陀螺仪信号进走导航的方案。此外,火星直升机上安置的一台高分辨率相机,也能经历拍摄火星形式影像的方式协助它选定正当的飞走路线和着陆地点。

直升机能够起飞飞走,靠的是旋翼在旋转过程中与空气相互作用产生的升力。火星大气的密度仅相等于地球大气的1%,且主要成分是二氧化碳。火星形式的大气密度约等于地球上三万米高空的大气密度。所以,在火星飞走的航空器与火星大气相互作用的情况,与地球上的飞走器将有很大分别。为了更实在地模拟火星环境,科学家们为火星直升机研发了一个稀奇的模拟装配。在进走测试时,这个装配最先抽走内部的空气,使其处于挨近真空的状态。之后,再注入与火星大气成分相通的气体,使装配内部的气体密度亲善压与火星形式基原形当。同时,火星上的重力添速度仅为3.7m/s2,远矮于地球的9.8m/s2,所以同样质量的物体在火星上受到的重力将比地球上幼很众。为了在地球上模拟火星上所受到的重力,这个装配还用一个连接到直升机顶部的机动吊绳挑供拉力,抵消一片面重力作用。

听命计划,火星直升机的飞走将在“火星2020”探测器在火星着陆之后的第60至第90火星日(1火星日的平均长度约为24幼时37分钟)睁开。在第一次的飞走中,它将仅仅爬升到距离地面3米的位置,悬停时间也不过30秒,与莱特兄弟进走的人类在地球上的首次航空飞走颇有几分相通。不过,在之后的30天中,火星直升机还将进走4次飞走,每次飞走的距离和赓续时间会一向增补,终极实现数百米距离的飞走和赓续90秒的悬停。为了保证坦然,飞走测试将在距离“火星2020”火星车100米的周围之外进走,以防因不测坠落砸伤火星车。而为了保持与火星车之间的通信说相符,火星直升机也不会到距离火星车1公里外的周围运动。

众栽众样的走星和卫星探测航空器

倘若火星直升机的飞走测试总共平常,将会对走星探测中航空器的行使产生重大的推动。现在,除了已经完善设计制造的火星直升机外,科学家们还挑出了不少行使航空器进走走星和卫星探测的方案。

美国国家航空航天局所属的兰利钻研中心挑出的“区域环境普查航空器”,是一栽对火星的大气和磁场开展探测的航空器。和火星直升机所分别的是,这栽航空器是一栽固定翼的飞走器,形式与地球上的固定翼飞机有些相通。固定翼飞走器必要借助发动机输出的推力增补速度,使飞机机翼上产生有余的升力。这栽航空器异国采用地球上飞机常用的喷气式或螺旋桨式发动机,而是计划采用火箭发动机,每次飞走可赓续一个幼时旁边。从地球发射时,它被折叠在一个有炎防护罩的外壳中,在到达火星并进入火星大气层后,它将会在正当的高度将本身从防护罩中睁开,进入飞走状态。不过,这个方案现在还只是一栽技术贮备方案。

美国约翰·霍普金斯行使物理实验室挑出的“蜻蜓号”方案,则把探测现在的锁定在了土星的卫星“泰坦”上。已有的探测数据外明,“泰坦”含有众栽成分复杂的含碳化相符物。“泰坦”形式还富含水冰,内部能够有液态水组成的海洋,是孕育生命诞生的理想场所。对“泰坦”进走各类生命迹象的探测,很能够有令人惊奇的发现。“蜻蜓号”和火星直升机相通,也是能够垂直首飞、降落的航空探测器,其产生升力的装配为四组幼型共轴双旋翼,形式和吾们常见的航拍无人机比较挨近。原由能够垂直首降、飞走,这栽探测器能够在分别地貌特征的探测点,进走碳水化相符物成分的探测做事,协助科学家们发现晓畅这颗卫星上能够存在的生命。这栽探测器的飞走高度可达4千米,飞走速度可达36千米/幼时。现在,“蜻蜓号”处于方案预先钻研的阶段,美国国家航空航天局将在今年7月决定是否将其“转正”,成为进入实走阶段的科学探测义务。

行为地球的另一个近邻,金星也是走星探测的炎点现在的。美国宇航工业巨头诺斯罗普·格鲁曼公司挑出的“金星大气机动平台”方案,为探测金星上的生命迹象挑供了新的方式。这是一栽充气式的三角翼飞走器,在进走探测做事时,能以110千米/幼时的速度飞走。此时,飞走器90%的升力来自于翼面的空气动力学效答,10%则来自于充气后产生的浮力。而在夜晚,它清淡会憩息平常做事,关闭发动机,使自身缓缓降低到距离金星形式50千米的地方。在那里,它所受到的浮力足以撑持它漂浮在天空中,无需翼面挑供额外的升力。现在,格鲁曼公司正在与俄罗斯航天部分和美国国家航空航天局同时保持接触,期待能经历这两个国家的航天项现在,将金星大气机动平台的方案变成实际。

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