別國也要研製火星直升機, 外形與機智號類似, 要不要搞核動力的?

作者：由空天一體發表于數碼日期：2021-09-04

“機智”號

火星

直升機，隨著“毅力”號火星車一起登陸上億公里之外的那顆紅色星球，然後轉動旋翼，實現人類首次在外星上的空氣動力飛行，具有里程碑意義。迄今為止，它在火星上超期進行了12次飛行，合計時長約1309秒，總飛行距離約2523米，可以看出，它的活動範圍比火星車大多了，優勢明顯，因此有人感嘆，要是我們的“祝融”號也有自己的火星直升機就好了。現在，夢想真到了即將實現的那一刻。

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火星直升機

機智號

據媒體報道，我國“火星地表巡飛光譜探測關鍵技術研究”近日透過驗收，已經完成了微型光譜儀、火星地表巡飛光譜儀系統、以及它的等效測試等研究內容，研製出了火星巡飛無人機和微型光譜儀原理樣機，這意味著我國後續火星探測也可能裝備自己的“機智”號。

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我國也要研製火星直升機？

不過，從圖片上看，我國的火星巡飛無人機與NASA的“機智”號外形非常相似，共軸大尺寸雙旋翼、四足支撐式起落架、方盒形機身主體，以至於又有人想起“仿製”、“山寨”這樣的詞彙，那麼它為什麼要採用這樣的構型呢？

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機智號的結構

實際上，NASA當初在研製火星巡飛無人機的時候，也考慮過固定翼設計，甚至還有仿生撲翼機，它們雖然具有飛行距離遠、升力好的特點，但在火星崎嶇不平的表面降落之後，很難再次起飛，而且操控的不穩定也會讓它變成一次性用品，因此可以原地起降和降落的無人旋翼機才是火星荒野上的最佳選擇。

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當初不是沒考慮過固定翼，但沒法再次起飛

不過，雖然確定為旋翼機方案，但也有普通的主槳尾槳直升機構型，以及類似“大疆”那樣的多軸飛行器方案可供選擇，特別是“大疆”，我們還具有主場優勢，為什麼非要和“機智”號一樣，採用共軸大尺寸雙旋翼設計呢？

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不能用大疆無人機嗎？

這就與火星的大氣環境息息相關了，因為火星的大氣層密度只有地球的1/100，平均地表氣壓在6百帕上下波動，相當於地球35000米高空，而目前直升機在地球上的最高飛行記錄只有12441。94米，即使是“大疆”無人機，也不可能飛到這樣的高度，多軸飛行器的旋翼面積太小，所以這兩個構型是行不通的，剩下唯一的選擇就是參考“機智”號的設計，而不是亂創新，或者叫標新立異。

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機智號就是唯一旋翼

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首次在火星上飛行的機智號

“機智”號雖然不大，重量只有1。8千克，但是它的旋翼直徑竟然有1。2米長，全部採用碳纖維泡沫芯材質製造，重量非常輕，而且轉速非常快，每分鐘超過2400轉，翼尖速度接近0。7馬赫，而且還採用了共軸反轉雙旋翼設計，增加升力，所以才能在火星稀薄的大氣層重自如飛行。

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機智號的真實尺寸

不過，“機智”號最為關鍵的技術，是它的

動力系統

，它的能源完全來自頭頂那麼小的一塊太陽能電池板。而火星上的太陽光照度又比地球上要微弱很多，“機智”號要將這麼一點太陽能以最高效率轉換為電能，然後充入機體內的一組2Ah索尼鋰電池力，再驅動螺旋槳以0。7馬赫的速度轉動，怎麼聽都是挑戰極限的事情，怪不得這樣一個“小不點”，研製費用竟然要8000萬美元。

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機智號的關鍵在那塊太陽能電池板

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機智號的太陽能電池板

其實，如此高效的動力系統，美國是有過先例的，比如波音公司研製的“掃描鷹”無人機，機長1。2米、翼展3。1米，空重12千克，最大起飛重量18千克，跟發燒友玩得航模差不多，但航模一般只能飛半個小時，而“掃描鷹”曾創造過一次飛行28小時44分鐘的紀錄，可見它的動力系統有多麼強大！

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掃描鷹無人機能飛28小時44分

之所以說這樣的題外話，意思就是動力系統才是決定我們的火星直升機成敗的關鍵。當然，如果搞不定如此極限的動力系統，還有一個選擇，那就是採用

核動力

。對，你沒聽錯，就是要研製一款核動力無人直升機，讓它在外星球上飛行。

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能不能研製一款核動力直升機？

而在這方面，美國也已經開始行動了，NASA正在研製一款共軸式八旋翼佈局的無人飛行器“蜻蜓”，採用同位素溫差電池驅動，也就是廣泛意義上的核動力，準備在2026年4月將它送往土衛六，也就是泰坦星上。

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NASA正在研製的蜻蜓號技術驗證機真實圖片

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蜻蜓號在泰坦星上的效果圖

而這樣的核動力無人直升機，是否也可以應用在火星上，需要我們的科學家們進行大量的研究。不過，核動力飛行器雖然能量強大，但重量也大，比如“蜻蜓”號重約450千克，比“機智”號火星直升機重250倍，比我們的“祝融”號火星車都差不多要重一倍，它能飛起來的關鍵，是泰坦星的大氣層比地球還要稠密。如果換成火星，絕對飛不起來，除非造300米長的旋翼。