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无人机网无人机真的能飞越火星吗？“火星版”莱特兄弟：NASA准备尝试一下( 二 )


对于巴拉拉姆（ Balaram）来说 ， 第一次火星飞行已经是很久以前的事了 。 他在上世纪90年代末就酝酿了一个外星直升机的计划——尽管这个想法并不完全是新的——因为他看到了斯坦福大学航空航天工程师伊兰·克罗（Ilan Kroo）的一次会议演讲 ， 他在过去几年里一直在研究一种硬币大小的微型大气研究无人机 ， 称为“mesicopter” 。 正如克罗（Kroo）和他的团队从他们的研究中非常清楚地知道 ， 空气动力学在小范围内变得不稳定 ， 这使得控制飞行变得困难 。 "我们很快就意识到 ， 在地球上飞行器的中尺度设备与在火星上飞行大型飞行器非常相似 ， 至少在空气动力学上是如此 ， "克罗（Kroo）表示 。 "我们开始与鲍勃·巴拉拉姆(Bob Balaram)和喷气推进实验室(Jet Propulsion Lab)合作 ， 将我们的微型旋翼设计放大 ， 以便在火星上飞行 。 "
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巴拉拉姆（Balaram）和克鲁（Kroo）在21世纪初向NASA提交了一份关于火星直升机的提案 ， 但尽管审查人员给予了积极的反馈 ， 但该提案从未获得资助 。 (巴拉拉姆（Balaram）指责该机构的预算削减 。 )这个想法又被搁置了15年 ， 直到NASA喷气推进实验室主任查尔斯·埃拉奇(Charles Elachi)要求巴拉拉姆（Balaram）重新设计提案 ， 并将其作为该机构最新火星车的一项长期试验 。 2018年 ， 美国宇航局官员宣布 ， 该款外星直升机将成为2020年火星任务的科学配角 。 到那时 ， 火星直升机的研发工作正在顺利进行 。
美国国家航空航天局(NASA)委托加州的一家无人机制造商AeroVironment为此次任务制造硬件 。 该公司在极端环境下操作自主飞机方面有丰富的经验 ， 而且与NASA也有一定的合作经历 。 2001年 ， 该公司与该机构签订了建造一架太阳能无人机的合同 ， 该无人机成功地在9.6万英尺（约2.9万米）的高空飞行；20年后 ， 这一纪录依然保持着 。 由于火星大气层稀薄 ， 地球上的高度相当于火星表面附近的飞行 。 但在火星上驾驶一架小型直升机 ， 让在地球上驾驶一架巨大的太阳能机翼看起来很容易 。
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"我们必须所有的东西保持超轻量级 ， 以使整个项目正常作用 。 "AeroVironment公司的航空机械工程师本·皮彭伯格（Ben Pipenberg）表示："我们真的试图从每一个组件中抽出每一毫克 ， 因为只有这样才能让重量低到足以在火星上飞行 ， 这是必要条件 。 "
“匠心号”无人机团队必须平衡严格的重量要求和对耐用性和性能的竞争性要求 。 尽管直升机的重量上限为4磅（约1.8kg） ， 但它必须有足够的强度来承受它在发射和降落过程中遇到的强大力量 。 它的硬件也必须满足任务的要求 ， 比如对于发动机来说 ， 需要它的旋翼桨叶旋转速度是普通直升机的五倍 ， 这样它才能产生足够的升力 。 对了 ， 它还需要一台足够强大的计算机 ， 以运行直升机将用于自主导航火星景观的机器视觉算法 。 这对一台比笔记本电脑还重的机器来说 ， 要求很高 。
"这推动了每一项技术学科的发展 。 但在此之中 ， 也有很多令人不安的时刻 。 "NASA喷气推进实验室“匠心号”创意项目经理米米·昂(MiMi Aung)说 。
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为了减轻重量 ， AeroVironment公司的工程师们用泡沫制作了叶片 ， 并用碳纤维包裹起来 ， 在其他车身部件上使用了更为奇特的材料 ， 比如铍金属基复合材料 。 对于航空电子设备和电源 ， 该团队转而使用商用现成的部件 。 "匠心号"用普通的锂离子电池来存储电力 ， 它的计算机是高通骁龙处理器 ， 这种处理器在各种智能手机中都能找到 。 它们可能不像“毅力号”火星车上的硬件那样不容易出故障 ， 但它们比使用太空级硬件更便宜 ， 同时还能满足直升机的性能要求 。 由于“匠心号”对火星车的主要任务并不重要 ， 喷气推进实验室团队可以用一些智能手机组件上进行冒险尝试 。


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