揭秘！火星上飞无人机？怎么飞？作者丨倪思洁火星探测正吸引

作者丨倪思洁
火星探测正吸引着全世界的目光。如何更高效地开展火星探测也成为全球共同面临的难题。火星无人机被视为解决问题的方向之一。
近日，采访人员从中国科学院国家空间科学中心（以下简称空间中心）了解到，早在2019年，中科院相关团队就已针对火星无人机开展预先研究，经过为期两年的研制，日前自主设计研制的火星无人机原理样机预研项目已通过验收。
做火星车的“导游”
2016年1月11日，我国火星探测任务正式立项，并计划在2020年左右通过火星卫星、火星着陆器、火星车天地联合探测火星。这个消息让中科院复杂航天系统电子信息技术重点实验室（以下简称实验室）研究员卞春江产生了一个新想法。
他分析，火星车在复杂的火星地表行驶时，可能会存在行驶受限制、前进速度较慢、探测范围较小等问题。“有没有可能设计一个可以在火星巡飞的多光谱探测系统，给火星车当导游？”他想。
2019年3月，基于实验室在飞行器、电子通信、人工智能等方面技术基础，卞春江策划了“火星无人机”构想并申请了北京市科委的空间科学国家实验室培育项目，同年6月，项目正式立项，名为“火星地表巡飞光谱探测关键技术研究” 。
“这个无人机本质上是一台带有微型多光谱探测成像系统的巡飞无人机，可充当火星车的领航员，实现火星车科学探测效能的倍增。”卞春江说。
卞春江介绍，按照火星无人机的设计能力，在一次飞行中，它可以完成半径几百米范围的火星地表成像，快速、精确掌握火星车周边地形和地表物相关成分。
“通过微型光谱仪，无人机能对火星上的岩石等地表物进行探测，看看有没有可能存在水、碳基有机物、氮化物等代表生命迹象的物质，如果发现高价值的目标，无人机可以引导火星车又快又准地抵达目标。同时，无人机也能够快速掌握火星车周边地形地貌，帮助火星车避障。”卞春江说， “如此一来，在无人机的引导下，火星车既可以高效地完成科学探测任务，还能准确避开行驶中的危险区域。”
骨骼清奇的无人机
在位于空间中心的中科院复杂航天系统电子信息技术重点实验室，采访人员见到了这架火星无人机原理样机。

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火星无人机原理样机（空间中心供图）
与人们平日里看到的有四个螺旋桨的方形无人机不同，火星无人机看起来有些骨骼清奇。它的“头”上有两根平行的、各1.4米长的螺旋桨，螺旋桨的下面有四条机械“腿” ，还有一个等待包装起来的四方型“肚子” ， “肚子”里可以安装作为“大脑”的计算机及电池等单元。
卞春江告诉采访人员，这台无人机搭载了一台微型光谱仪，所有的设备加起来，无人机总重量为2.1公斤。
在设计性能方面，火星无人机的飞行高度初步定位在5到10米，一次可以飞3分钟， 1分钟大约能飞300米左右，可通过无线充电的方式从火星车获得电力。“飞行高度较低是为了让光谱仪看得清楚并保证飞行安全。一次只能飞3分钟，主要是受机载能源及温控的限制。”卞春江说。
今年4月19日，美国“机智”号无人直升机在火星上实现首飞，采用了与中国火星无人机类似的结构。“这一结构是由火星飞行环境和既有技术路线决定的。”卞春江说。
设计之初，卞春江和他的团队成员先明确了设计目标——升力强、自重轻、结构紧凑易搭载运输。“火星大气稀薄，相当于地球在35公里高的大气环境，因此，无人机必须在稀薄大气下产生足够的升力才能飞起来。由于火星和地球距离遥远，考虑到未来火星车搭载能力，因此必须自重轻、结构紧凑易运输。”卞春江说。