【環(huán)球時報記者 鄧孝慈】火星正成為近年人類深空探測的熱點，但這顆紅色星球上的極端環(huán)境嚴(yán)重束縛了傳統(tǒng)火星車的探測能力，能擺脫火星崎嶇地形限制的飛行器就被視為新一代火星探測器的發(fā)展方向。4月19日，美國“機(jī)智”號無人直升機(jī)在火星上實現(xiàn)首飛。正處在預(yù)研階段的中科院火星無人機(jī)原型也于近日通過項目驗收。該項目負(fù)責(zé)人接受了《環(huán)球時報》記者的獨家專訪。
扮演兩大角色
據(jù)介紹，火星無人機(jī)原型機(jī)由中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心卞春江研究員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊負(fù)責(zé)研制。
在談到火星無人機(jī)的任務(wù)目標(biāo)時，卞春江透露說：“我們研制的火星無人機(jī)項目正式名稱是‘火星地表巡飛光譜探測系統(tǒng)’。針對火星車在復(fù)雜的火星地表行駛受限多、前進(jìn)速度慢、探測范圍較小等問題，我們提出一種可在火星地表巡飛的多光譜探測系統(tǒng)。它是一款載有微型光譜儀的巡飛無人機(jī)，可充當(dāng)火星車的領(lǐng)航員，實現(xiàn)火星車探測效能倍增。本項目通過開展系統(tǒng)樣機(jī)研制，評估未來火星地表大范圍巡飛多光譜探測技術(shù)的可行性。”
根據(jù)卞春江的介紹，未來火星無人機(jī)主要扮演兩大角色。一是“火星車行駛領(lǐng)航員”。由于火星表面地形復(fù)雜，即便火星車經(jīng)過專門設(shè)計，但仍有很多危險區(qū)域無法通行。而火星無人機(jī)在一次飛行中就可完成半徑幾百米范圍的火星地表成像，快速實現(xiàn)周邊地形的精確掌握，精準(zhǔn)領(lǐng)航火星車安全快速行駛。
二是“火星車探測效能倍增器”?；鹦菬o人機(jī)的飛行速度快，能快速覆蓋并掌握周邊地表形貌和成分特性，發(fā)現(xiàn)并引導(dǎo)火星車快速抵近高價值目標(biāo)，又快又準(zhǔn)地實現(xiàn)科學(xué)探測，推動火星車對高價值目標(biāo)探測能力的“倍增”。
火星無人機(jī)啥樣
從公布的火星無人機(jī)原型樣機(jī)外形來看，它是一種共軸雙旋翼無人直升機(jī)，機(jī)翼正下方是高度集成的能源、控制及有效載荷系統(tǒng)。
為什么要采用這樣的設(shè)計？火星上顯然沒有可供傳統(tǒng)飛行器起降的跑道，從簡化結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，火星無人機(jī)也不適合采用彈射或滑跑等起飛方式。卞春江透露，鑒于火星探測及其地表環(huán)境特點，具有垂直起降能力的火星無人機(jī)成為最優(yōu)的選擇，當(dāng)前垂直起降無人機(jī)主要有單旋翼尾槳式、多旋翼式（四旋翼為主）、共軸雙旋翼式三種體制，結(jié)合火星重力場和地表大氣特性進(jìn)行綜合評估，共軸雙旋翼是火星無人機(jī)目前的最優(yōu)技術(shù)路線，“我們認(rèn)為未來火星無人機(jī)將會以這條技術(shù)路線為主”。
卞春江表示，“我們的火星地表巡飛光譜探測系統(tǒng)的特點是將無人機(jī)和微型多光譜探測載荷進(jìn)行了高度一體化設(shè)計，其兼具在火星超低空巡飛多光譜探測和地表快速成像能力。”
未來面臨諸多挑戰(zhàn)
但依靠旋翼提供升力的無人直升機(jī)，要在火星上起降面臨非常大的技術(shù)挑戰(zhàn)。這是因為火星上的大氣非常稀薄，火星表面的大氣壓只有地球表面大氣壓的0.7%-0.8%，相當(dāng)于地球表面3萬-4萬米高空的氣壓，需要旋翼以極高的速度運(yùn)轉(zhuǎn)才能提供足夠的升力。此外，它還需要克服火星上的極低溫度和自主充電等難題。正因為相關(guān)技術(shù)難度很大，因此美國“機(jī)智”號無人直升機(jī)這次火星任務(wù)沒有攜帶科學(xué)設(shè)備，專心研究如何克服在火星上的保溫、充電、自主飛行、拍照等諸多技術(shù)難題。
卞春江表示，火星無人機(jī)項目當(dāng)前的研究目標(biāo)是突破火星地表巡飛探測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，驗證技術(shù)可行性，為未來火星地表區(qū)域巡飛光譜探測奠定技術(shù)基礎(chǔ)。通過火星地表巡飛光譜探測系統(tǒng)原型樣機(jī)研制與環(huán)境模擬試驗測試，已驗證相關(guān)技術(shù)的可行性。后續(xù)將重點圍繞火星地表復(fù)雜環(huán)境長期生存問題，開展相關(guān)技術(shù)攻關(guān)與驗證工作。
他表示，火星地表巡飛光譜探測系統(tǒng)可以實現(xiàn)對火星地表的土壤、巖石成分進(jìn)行較大范圍快速粗探，幫助火星車規(guī)劃高價值探測目標(biāo)和高效行駛路徑，引導(dǎo)火星車抵近實現(xiàn)更高效和安全的精細(xì)探測，期待它能在中國未來的火星探測任務(wù)中發(fā)揮作用。
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