天天看點

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

作者:阿山講科普

導語

真誠希望在我們的有生之年能見到"史上最貴火星無人機"機智号在這顆星球上執行起飛和拍攝任務,這将是人類首次在地外星球上試飛無人機,對于未來探索遠離地球更遙遠星球終将有所幫助,也是未來大陸先進無人機技術的一次實踐。

然而機智号身上卻沒有任何科研裝置,隻有兩個攝像頭和一個無線傳輸子產品,而且機智号所在位置的大氣壓連地球的0.6%都不到,對于這樣極為稀薄的大氣,火星探測器"機智号"要怎樣起飛呢?

一、機智号将在火星上飛翔。

美國的"史上最貴無人機"機智号将在火星上起飛,地球重量級無人機"捕風止"在機智号上花費2.5億美元,這也是地球上出了名的"奢侈無人機"之一。

機智号重僅1.8千克,直徑1.2米,"捕風止"地球上拍攝的無人機若放到空氣稀薄的火星上恐怕連影子都看不見,但是"捕風止"自己卻也無法登陸火星。

是以隻有出動一台低音喇叭引導"捕風止"到達火星,"捕風止"被比作一台電腦,"機智号"則被比作一部手機,雖然功能單一但是可以拍照上傳給地球。

"機智号"是"捕風止"的配套産品,"機智号"沒有輪子也沒有攝像頭,隻有兩個攝像頭和一個無線傳輸子產品。

"機智号"是小型無人機的标配,但是卻成為"史上最貴"無人機元件,因為它是人類探索地外星球的"先知先觸","機智号"不是出動地球的"低音喇叭",而是大氣中的"小号",所将面對的每一個極為嚴苛的條件。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

"機智号"能不能飛,飛了能不能拍到,拍到了拍的是什麼?

這一款"史上最貴"無人機元件後期會帶動"機智号"的更新和發射,但是"機智号"比"機智号"大20倍,重1.8千克,兩個旋翼直徑達到4.6米,但是"機智号"隻有"機智号"的1/100多。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

"機智号"配備6枚螺旋槳,并配有太陽能闆提供電力,螺旋槳轉速達到每分鐘2400轉,高于地球上的滑翔機還快,但是卻不能帶給"機智号"更高的上升力,這個速度對于"機智号"來說并不簡單。

極為稀薄的大氣中,通常是根本不可能飛翔的,無人機的組裝工程師這樣形容極為稀薄的大氣:"如果在地球上飛船能夠這樣輕松的起飛,那麼科幻小說的畫面就會大大不同。"

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

但是即使組裝工程師再怎麼嘲諷大氣,但是"機智号"組裝工程師應該也清楚"機智号"絕對不可能是"起飛飛船"的體驗。

火星上的一切都要輕量級:随着時間推移,帶有太陽能闆的"機智号"要從40度的冰箱裡解凍出來,擺放在冰箱氛圍中。

還有更好的辦法是把"機智号"放一起,組裝成一個巨大的"無人機"。

"機智号"每次啟動都需要等待2小時,允許無人機從"地球"上升到"火星",上升高度必須大于300米,隻有這樣再次啟動"機智号",才能解決往地球地發射内容時無法傳輸的問題。

無人機在極稀薄的火星大氣中飛翔也非常困難,除此之外,無人機還将面臨日光缺乏,無人機必須自帶電源,10w小時锂電池,可以續航數小時,不僅需要在飛行和傳輸過程中工作。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

火星大氣中還有數以千計的小風暴,速度達到每小時100公裡,風暴過後,火星大氣薄到微不足道,即使"機智号"無人機飛到空中,也會被迅然地吹落多米,無人機還将面臨淩厲的紫外線,這些都是無人機的"天敵"。

二、為機智号起飛做準備。

科學家們為"機智号"無人機選址,沒有靠近火星大氣的極地,也沒有過雪的同時擁有比較溫暖的地方,"機智号"無人機是在羽翼的指引下飛翔的,這是科學家們考慮到的。

科學家們檢視了火星上有沒有合适的材料可以搭建極為精密的無人機元件和無人機軀體,發現羽毛已經成為最佳選擇。

羽毛在火星上的生存空間并不好,但是已經有一隻鳥将被挑中成為"機智号"無人機的榜樣,這隻鳥是草原燕子。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

差不多是"機智号"的大小,不僅有一雙合适的翅膀,而且還可以輕松帶動自己的身體和控制飛行方向。

"機智号"無人機的設計也由"适者生存"的原則指導,"機智号"無人機幾乎沒有多餘的零部件,但是"機智号"無人機卻将拍攝任務負擔重的影響力。

科學家們檢視了火星上有沒有合适的材料可以搭建極為精密的無人機元件和無人機軀體,發現羽毛已經成為最佳選擇。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

羽毛在火星上的生存空間并不好,但是已經有一隻鳥将被挑中成為"機智号"無人機的榜樣,這隻鳥是草原燕子。

差不多是"機智号"的大小,不僅有一雙合适的翅膀,而且還可以輕松帶動自己的身體和控制飛行方向。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

"機智号"無人機的設計也由"适者生存"的原則指導,"機智号"無人機幾乎沒有多餘的零部件,但是"機智号"無人機卻将拍攝任務負擔重的影響力。

科學家們為"機智号"無人機起飛做了更多的準備,檢測了"機智号"無人機的任何一個元件能否在-130度的大氣中存活,"機智号"無人機的電池技術也是經過檢測的。

"機智号"無人機的軟體雖然能夠允許人類接觸,但是極為稀薄的大氣中仍有可能出現問題,是以"機智号"無人機已經"離線"工作很久了,"機智号"無人機和"機智号"的衛星還需要科學家們幫忙,在地球上,"機智号"無人機和"機智号"的衛星一起運作。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

起飛和着陸都需要"機智号","機智号"衛星在地球上可以讓科學家們看到"機智号"無人機起飛和降落的過程,"機智号"衛星還可以在"機智号"無人機降落和起飛之後檢測火星上的大氣環境,幫助"機智号"無人機更好地完成拍攝任務。

"機智号"無人機的生存能力非常強,在"機智号"衛星的幫助下,"機智号"無人機可以在火星上自由飛翔,對于科學家來說,這種能夠在火星上實作完全"自主"的"小号",也是一種"夢幻"。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

"機智号"無人機總共有6枚螺旋槳,每個螺旋槳"翼"都有三個,"機智号"上的螺旋槳有很多,但是螺旋槳上的"羽毛"卻是一條,"機智号"上的螺旋槳雖然多,但是螺旋槳上的"翼"隻有6個,是以"機智号"的将速度減小到很低,為"機智号"起飛做準備。

"機智号"無人機拍攝任務主要在火星上當機和螺旋槳,"機智号"無人機隻有兩個簡單的攝像頭,但是卻比較有"用"。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

三、未來火星探測仍以漫遊車為主。

"機智号"無人機為未來的火星探測做準備,但是火星探測還是以漫遊車為主,因為漫遊車可以在火星大面積區域開展詳細的調查和探索,而無人機隻能在低空拍攝,無法深入火星核心地區。

機智号無人機将為未來更大型無人機的發展積累經驗,未來的火星無人機可能發展成為可以在火星上執行各種探測任務的"科學家",這将改變人類對于火星的認識。

未來的火星探測還可以以"美食大隊"為名,由火星無人機發送回火星土壤樣本人工地球上培養新的植物和研究新的食物。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

這一點非常重要,因為這意味着人類可以火星上"移植"地球上的植物,為人類的火星殖民做準備,而無人機可以在火星上拍攝"美食大隊"的工作,為"美食大隊"提供更多的幫助。

而在未來的火星無人機展開攝像頭的同時,地球上也會有私人航天企業發射無人機,這還将導緻火星殖民和商業開發建立的火星殖民和科研建立的火星殖民和資源的争奪戰。

四、殖民火星将需要改造火星。

商業開發和科研建立的沖突是雙方都不願面對的問題,但是它們卻是真的存在,私人航天企業的到來可能加速火星的商業化程序,這将帶來更多的消耗和更多的沖突。

私人航天企業的到來也将引起倫理和資源管理等新的問題,國際社會必須共同面對和解決這些問題。

殖民火星搜尋水源非常困難,但是如果私人航天企業在火星上發現液态水,那麼就可以開始商業化開發,這将導緻商業開發和科研的更多沖突。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

科學家們認為,如果私人航天企業發現了火星上的液态水,那麼這将是一件好事,因為科學家們已經發現了火星上的許多液态水,但是,如果私人航天企業将彌補火星上的液态水,那麼就說明水資源非常有價值,這也将導緻更多的沖突。

科學家們還想出了一個解決辦法:如果在火星上探測更多的液态水,那麼就可以将它們冰凍成固體,并将它們全部儲存起來,直到私人航天企業将它們當作資源開發,但是,這樣将極大地限制科研和火星開發的活動範圍。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

科學家們還想出了一個更精彩的解決辦法:改造火星,将火星大面積地區的冰凍液态水冰變成固體,這樣就可以避免私人航天企業将它們當作資源開發,但是,這樣做需要花費巨資。

改造火星還是比較合适的方法,但是要付出代價,這也将是私人航天企業和科研之間的權衡,同時,私人航天企業和科研之間需要更多的合作。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

如果沒有私人航天企業,可能還用不到這些東西,這也就是"私人航天創業"的實質,但是,私人航天企業的到來可能會給科研帶來更多的困難,同時,這種創業也需要更多的支援。

私人航天企業的到來也許是好事,但是需要認真考慮和解決倫理和資源管理等問題。

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

結語

科學家和工程師在探索其他星球時要克服各種挑戰,這也将推動技術的持續創新,但是,未來的火星殖民工作還需要更多的國際合作。

隻有全球各地的人們共同努力,才能真正實作太空殖民和星際探索的目标,同時,也需要全球範圍内的合作和協調,以確定資源的

大氣壓隻有地球的0.6%,火星無人機是怎麼飛起來的?

繼續閱讀