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設備與工具“我把它看作是萊特兄弟在另一個星球上的時刻?！眹姎馔七M實驗室的總工程師說。
就在剛剛，美國宇航局（NASA）成功發(fā)射第四輛火星探測器"毅力號"，開始為期六個月的火星之旅?！耙懔μ枴睂右豁椚蝿眨占鹦巧峡赡苡羞h古生命痕跡的泥土樣本，以便在本世紀末的NASA另一項任務將這些樣本送回地球。它還將攜帶一個不同于以往任何助推器的有效載荷進入太空：一架名為 "匠心號"（Ingenuity）的小型自主直升機。明年春天的某個時候，可能在4月份，"匠心號“將旋轉起它的旋翼，成為第一艘在火星上飛行的航天器。
美國宇航局（NASA）噴氣推進實驗室火星直升機項目總工程師鮑勃·巴拉拉姆（Bob Balaram）表示：“我認為這有點像萊特兄弟在另一個星球上的見證歷史時刻。這是一項高風險、高回報的任務，可以讓我們去很多以前沒能去過的地方?！?/p>
衛(wèi)星善于對一顆行星進行全面的了解，而漫游車則善于探索一個相對較小的地形進行細致的探索。對于介于兩者之間的所有東西，裝在一個機載系統(tǒng)是十分有幫助的。一個漫游車在幾年的時間里只能覆蓋幾十公里的范圍，但未來的外星無人機可以在一天內輕松覆蓋。它們可以拍攝航拍照片，幫助漫游車規(guī)劃最佳路徑，或者收集樣本，并將其送回固定的著陸器進行分析。雖然現(xiàn)階段的”匠心號“還不能做任何實際的科學工作，但這是向外星飛機邁出的第一步。
”匠心號“無人機的硬件——攝像機、通訊設備、航空電子設備——被塞在一個小立方體里，它將被四條細長的腿懸掛在空中，使它看起來有點像一只機器人昆蟲。在頂部，有兩對轉子葉片，每對旋翼的直徑為四英尺（約1.2米），夾在“匠心號”的機體和一個矩形的太陽能電池板之間。整個裝置的重量還不到一個完整的兩升汽水瓶，但它的耐用性足以承受它在發(fā)射、著陸以及在火星表面的日常生活中所面臨的極端環(huán)境。
一旦 "毅力號 "抵達火星，它將花幾周時間檢查其自身的系統(tǒng)。如果一切順利的話，它的第一項任務就是在布滿巖石的Jezero隕石坑中找到一塊空地，放下它的“乘客”。(實際上，它將會被拋下——直升機被固定在火星車的腹部。) 一旦漫游車和直升機分道揚鑣，直升機維持正常的工作時間就屈指可數(shù)了。巴拉拉姆（Balaram）和他的團隊將只有一個月的時間來進行最多5次試飛。"這次任務的全部目的是為了獲得工程數(shù)據(jù)，這樣就可以按照我們自己的想法工作，在火星上就不會出現(xiàn)任何意外。但是，如果超過30天，我們只會分心。"
就像萊特兄弟在“小鷹號”上著名的飛行試驗一樣，其在第一次飛行時，"匠心號“將只在空中停留幾秒鐘。這一飛行測試將是巴拉拉姆（ Balaram）和他的機組人員在地球上進行的飛行測試的幾乎完全相同的復制品，這樣他們就可以對直升機的性能與預期進行一個比較。如果一切順利，“匠心號”將嘗試更具挑戰(zhàn)性的飛行曲線。這架直升機的設計飛行高度可達15英尺（約4.6米），從起飛點出發(fā)最多可飛行3個足球場。飛行器的電池限制了它的飛行時間只有90秒，但這對于它將在火星上進行的飛行測試類型來說已經足夠了。
對于巴拉拉姆（ Balaram）來說，第一次火星飛行已經是很久以前的事了。他在上世紀90年代末就醞釀了一個外星直升機的計劃——盡管這個想法并不完全是新的——因為他看到了斯坦福大學航空航天工程師伊蘭·克羅（Ilan Kroo）的一次會議演講，他在過去幾年里一直在研究一種硬幣大小的微型大氣研究無人機，稱為“mesicopter”。正如克羅（Kroo）和他的團隊從他們的研究中非常清楚地知道，空氣動力學在小范圍內變得不穩(wěn)定，這使得控制飛行變得困難。"我們很快就意識到，在地球上飛行器的中尺度設備與在火星上飛行大型飛行器非常相似，至少在空氣動力學上是如此，"克羅（Kroo）表示。"我們開始與鮑勃·巴拉拉姆(Bob Balaram)和噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Lab)合作，將我們的微型旋翼設計放大，以便在火星上飛行。"
巴拉拉姆（Balaram）和克魯（Kroo）在21世紀初向NASA提交了一份關于火星直升機的提案，但盡管審查人員給予了積極的反饋，但該提案從未獲得資助。(巴拉拉姆（Balaram）指責該機構的預算削減。)這個想法又被擱置了15年，直到NASA噴氣推進實驗室主任查爾斯·埃拉奇(Charles Elachi)要求巴拉拉姆（Balaram）重新設計提案，并將其作為該機構最新火星車的一項長期試驗。2018年，美國宇航局官員宣布，該款外星直升機將成為2020年火星任務的科學配角。到那時，火星直升機的研發(fā)工作正在順利進行。
美國國家航空航天局(NASA)委托加州的一家無人機制造商AeroVironment為此次任務制造硬件。該公司在極端環(huán)境下操作自主飛機方面有豐富的經驗，而且與NASA也有一定的合作經歷。2001年，該公司與該機構簽訂了建造一架太陽能無人機的合同，該無人機成功地在9.6萬英尺（約2.9萬米）的高空飛行；20年后，這一紀錄依然保持著。由于火星大氣層稀薄，地球上的高度相當于火星表面附近的飛行。但在火星上駕駛一架小型直升機，讓在地球上駕駛一架巨大的太陽能機翼看起來很容易。
"我們必須所有的東西保持超輕量級，以使整個項目正常作用。"AeroVironment公司的航空機械工程師本·皮彭伯格（Ben Pipenberg）表示："我們真的試圖從每一個組件中抽出每一毫克，因為只有這樣才能讓重量低到足以在火星上飛行，這是必要條件。"
“匠心號”無人機團隊必須平衡嚴格的重量要求和對耐用性和性能的競爭性要求。盡管直升機的重量上限為4磅（約1.8kg），但它必須有足夠的強度來承受它在發(fā)射和降落過程中遇到的強大力量。它的硬件也必須滿足任務的要求，比如對于發(fā)動機來說，需要它的旋翼槳葉旋轉速度是普通直升機的五倍，這樣它才能產生足夠的升力。對了，它還需要一臺足夠強大的計算機，以運行直升機將用于自主導航火星景觀的機器視覺算法。這對一臺比筆記本電腦還重的機器來說，要求很高。
"這推動了每一項技術學科的發(fā)展。但在此之中，也有很多令人不安的時刻。"NASA噴氣推進實驗室“匠心號”創(chuàng)意項目經理米米·昂(MiMi Aung)說。
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