【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“機智”號無人直升機在火星上實現(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，火星無人機原型機由中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心卞春江研究員領(lǐng)導(dǎo)的團隊負(fù)責(zé)研制。
在談到火星無人機的任務(wù)目標(biāo)時，卞春江透露說：“我們研制的火星無人機項目正式名稱是‘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，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”。
火星無人機啥樣
從公布的火星無人機原型樣機外形來看，它是一種共軸雙旋翼無人直升機，機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成為最優(yōu)的選擇，當(dāng)前垂直起降無人機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行綜合評估，共軸雙旋翼是火星無人機目前的最優(yōu)技術(shù)路線，“我們認(rèn)為未來火星無人機將會以這條技術(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)的特點是將無人機和微型多光譜探測載荷進行了高度一體化設(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，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“機智”號無人直升機這次火星任務(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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