美国宇航局使用两个世界来测试未来的火星直升机设计

航天中文网（CNspace.VIP）11月-23日 消息:

工程师们将超越地球的尽头，为未来的火星直升机寻找更多的性能。

历史上第一次，有两颗行星成为测试未来飞机设计的基地。在这个世界上，一种可用于下一代火星直升机的新型转子最近在南加州的美国宇航局喷气推进实验室进行了测试，以接近超音速（0.95马赫）的速度旋转。与此同时，该机构的“聪明号”火星直升机以实验性飞行测试的名义在这颗红色星球上创下了新的高度和空速记录。

“我们的下一代火星直升机测试实际上是两全其美，”Ingenuity 项目经理兼火星样本回收直升机经理 Teddy Tzanetos 说道。“在地球上，您拥有测试新飞机部件时所希望的所有仪器和即时动手操作。在火星上，你拥有真正的地外条件，这是你在地球上永远无法真正重现的。” 其中包括稀薄的大气层和比地球上低得多的重力。

在地球上进行测试的下一代碳纤维转子叶片比 Ingenuity 的叶片长近 4 英寸（超过 10 厘米），强度更大，设计也不同。美国宇航局认为这些叶片可以使火星直升机变得更大、能力更强。挑战在于，当叶尖接近超音速时，引起振动的湍流可能很快就会失控。

为了在地球上找到一个足够大的空间来创造火星大气层，工程师们寻找了喷气推进实验室的 25 英尺宽、85 英尺高（8 米 x 26 米）的太空模拟器——在这个地方，测量者号、航行者号和卡西尼号首次体验了类似太空的环境。在 9 月份的三周时间里，当叶片以越来越高的速度和更大的桨距角不断运行时，一个团队对传感器、仪表和摄像机进行了监控。

“我们将叶片旋转至 3,500 rpm，这比 Ingenuity 叶片的转速每分钟快 750 转，”喷气推进实验室样品回收直升机副测试指挥泰勒·德尔·塞斯托 (Tyler Del Sesto) 说道。“这些更高效的刀片现在不仅仅是一个假设的练习。他们已经准备好起飞了。”

大约在同一时间，在大约 1 亿英里（1.61 亿公里）之外，“聪明号”奉命去尝试火星直升机团队从未想象过的事情。 

第四次岩石飞行测试

聪明号最初计划飞行不超过五次。自两年半多前首次飞行进入任务日志以来，这架直升机已超出原计划 30 天的任务 32 次，已飞行 66 次。每次“独创”号升空时，它都会覆盖新的领域，提供以前的行星任务无法实现的视角。但最近，Ingenuity 团队开始以前所未有的方式驾驶他们的太阳能旋翼机进行旋转。

“在过去的九个月里，我们的最大空速和高度增加了一倍，增加了垂直和水平加速度，甚至学会了更慢的着陆速度，”喷气推进实验室的独创号首席工程师特拉维斯·布朗说。“包络扩展提供了宝贵的数据，可供未来火星直升机的任务设计者使用。”

受可用能源和电机温度考虑的限制，Ingenuity 飞行通常持续约两到三分钟。尽管直升机可以通过飞得更快而在单次飞行中覆盖更多地面，但飞得太快可能会混淆机载导航系统。该系统使用摄像机来识别岩石和其他表面特征，当它们穿过其视野时。如果这些功能运行得太快，系统可能会迷失方向。

因此，为了实现更高的最大地面速度，团队向 Ingenuity 发送命令以在更高的高度飞行（每次飞行前都会向直升机发送指令），从而使地物的视野保持更长时间。61 号航班在检查火星风型时创造了 78.7 英尺（24 米）的新高度记录。凭借Flight 62 Ingenuity 创造了 22.3 英里/小时（每秒 10 米）的速度记录，并为毅力号火星车的科学团队寻找了位置。

该团队还一直在试验“独创”号的着陆速度。该直升机设计为以相对较快的 2.2 英里/小时（1 英里/秒）速度接触地面，因此其机载传感器可以轻松确认着陆并在弹回空中之前关闭旋翼。着陆速度更慢的直升机可以设计为具有更轻的起落架。因此，他们在 57、58 和 59 号航班上进行了尝试，证明 Ingenuity 的着陆速度可以比直升机最初设计的着陆速度慢 25%。

火星人查克·耶格尔的这一切还没有结束。十二月，在太阳合相之后，独创号预计将进行两次高速飞行，期间它将执行一组特殊的俯仰和滚动角度，旨在测量其性能。

布朗说：“这些数据对于微调我们旋翼飞机在火星上的行为的空气力学模型非常有用。” “在地球上，此类测试通常在前几次飞行中进行。但这不是我们飞行的地方。当你在距离最近的维修店那么远的地方操作时，你必须更加小心，因为你没有任何重来的机会。”