NASA 的下一代火星直升机：改变游戏规则的旋翼技术

在美国宇航局独创性直升机的非凡遗产的基础上，加利福尼亚州喷气推进实验室的工程师在转子技术方面取得了重大突破，有望彻底改变人类探索火星表面的方式。在“独创”号完成其在红色星球上的历史性任务三年多后，喷气推进实验室的科学家和工程师现在正在设计全新一代的火星旋翼机，能够处理更重的有效载荷，并在火星具有挑战性的低密度大气层中飞行更远的距离。

最初的Ingenuity直升机代表了行星探索的分水岭，成为第一个在另一个世界成功进行动力、受控飞行的机载平台。这架双桨飞机在其运行期间超出了所有人的预期，完成了跨越火星景观的 72 次飞行，令人印象深刻。使这一成就更加引人注目的是，Ingenuity 的设计采用了保守的任务参数——NASA 工程师最初预计这架直升机在退役前将在 30 天内完成五次飞行。相反，旋翼机在近三年的时间里持续超额完成目标，展示了在其他行星上进行空中探索的巨大潜力。

“独创性”的成功改变了对人类如何探索地外环境的科学理解。通过利用空中运输，直升机可以覆盖比传统地面漫游车远得多的距离，并且可以到达轮式车辆无法或不切实际到达的地理位置和地形特征。该任务生成了有关火星大气条件、低压环境下的飞行动力学以及旋翼机系统运行参数的宝贵数据。当“独创”号任务最终于 2024 年 1 月以受控着陆结束时，它为未来火星上的飞行器留下了全面的操作和工程蓝图。

以这一事实为基础，NASA 致力于实施一项雄心勃勃的后续计划，称为“SkyFall 任务”，这代表了火星探索能力的重大进步。 SkyFall 计划计划将另外三架直升机运送到火星，每架直升机都配备了源自 Ingenuity 运营经验的改进技术和增强功能。该任务目前计划于 2028 年末发射，为 NASA 工程师提供数年时间来完善设计、进行广泛的地面测试并优化下一代直升机系统。

SkyFall 任务将采用创新的运输方法，反映 NASA 在太空探索方面的前瞻性思维方法。这些火星直升机将搭乘 Space Reactor-1（或 SR-1）运送到这颗红色星球，这是一种尖端核动力航天器，体现了 NASA 为深空任务开发先进推进技术的承诺。 SR-1 项目是 NASA 局长贾里德·艾萨克曼 (Jared Isaacman) 今年早些时候宣布的几项雄心勃勃的技术示范计划之一，这标志着该机构更广泛的战略重点是扩大人类和机器人的探索能力。

喷气推进实验室工程师在旋翼技术方面取得的突破解决了以前火星旋翼飞行器面临的一些基本挑战。火星大气层虽然极其稀薄，不到海平面地球大气层密度的百分之一，但仍然为精心设计的转子提供足够的介质来产生升力。然而，设计限制非常严格——旋翼必须以极高的速度旋转才能产生足够的升力，同时必须保持结构完整性并管理热条件。为 SkyFall 直升机开发的新旋翼设计采用了先进材料和空气动力学原理，这些原理通过 Ingenuity 的广泛飞行操作进行了改进。

这些改进的转子系统有望比前几代产品提供一些关键的增强功能。新的旋翼可以支持显着增加的有效载荷能力，使未来的火星直升机能够携带更复杂的科学仪器和设备来执行扩展的研究任务。此外，增强的设计应该能够实现更长的飞行距离，使这些飞机能够在火星上覆盖更远的距离，并到达远离火星车着陆点的探索目标。增加的有效载荷能力和扩展的航程相结合，代表了火星探索团队可用能力的巨大飞跃。

这些技术进步的影响远远超出了 SkyFall 任务本身。通过开发先进的火星直升机系统，美国宇航局正在创建一种新的行星探索范例，强调空中侦察和样本收集，而不是传统的地面方法。未来的火星任务可以使用多架直升机协同工作，创建一个空中观测网络，可以侦察地形，识别有希望的地质构造，并通过提供侦察和后勤支持来支持人类探索任务。从开发和操作这些系统中吸取的经验教训也将为旋翼机和飞行器的设计提供参考，以执行其他世界的潜在任务，包括金星以及木星和土星的卫星。

喷气推进实验室是 NASA 首屈一指的机器人太空探索设施，不断展示其创新和突破性工程的能力。该实验室的团队汇集了航空、材料科学、系统工程和行星科学领域的世界一流专业知识，以解决突破太空探索可能性界限的问题。转子技术的突破代表了多年研究、独创性飞行数据分析和创造性问题解决的顶峰，旨在克服火星环境的独特挑战。

展望 2028 年末的发射窗口，NASA 工程师有多年的时间来验证新设计，在专门的火星大气模拟室中进行严格的测试，并为执行 SkyFall 任务的三架直升机做好准备。每架飞机都将配备升级的航空电子系统、改进的发电能力和增强的导航系统，从而实现更自主的操作和更大的操作灵活性。此次任务将标志着人类探索红色星球的能力向前迈出了重要一步，并为未来几十年更雄心勃勃的空中探索计划铺平道路。