本文来自微信公众号：机器之心（ID：almosthuman2014），作者：泽南小舟，原标题：《下一次火星任务，中国将飞自己的无人机》，标题图片来自：视觉中国
说到火星无人机，你可能会想到乘坐“毅力号”前往火星的“直觉”无人机。今年4月，在世人眼中，威特完成了历时约40秒的首次火星飞行，并在垂直上升3米后完成了悬停、下降和着陆等所有设定动作。机智在火星上创造了人类的“莱特兄弟时刻”。
图片来自：美国国家航空航天局
除了工程和技术的意义，在地球以外的行星上飞行无人机也将为探索带来很大的帮助。事实上，国内对火星无人机的研究已经开始。
早在2019年，中科院相关团队就对火星无人机进行了预研。经过两年的研制，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。
2019年3月，基于实验室在飞行器、电子通信、人工智能等方面的技术基础，中科院国家空间科学中心（NSSC）边春江研究员规划“火星无人机”概念并应用为北京市科委。同年6月，“火星表面巡航光谱探测关键技术研究”项目正式立项。
火星无人机原型
火星虽然引力低，但大气层稀薄，大气密度不到地球的1%，相当于地球35公里高空的大气环境。因此，火星无人机必须在稀薄的大气层中产生足够的升力才能飞行。
基于此，在设计之初，研发团队就明确了设计目标——提升力强、重量轻、结构紧凑、运输方便。
目前，常见的飞机有两种——固定翼和直升机。鉴于火星探测的特点及其地表环境，不可能在火星上修建跑道。因此，选择垂直起降的直升机是必然的。
垂直起降无人机主要有三种设计方法：单旋翼尾旋翼、四旋翼和同轴双旋翼。如果无人机想要有更强的升力，它需要有更大的桨面积。同轴双旋翼无人机可以在最小的外形尺寸下拥有最大的桨叶面积，有利于在稀薄的大气中获得足够的升力。因此，研发团队最终选择了同轴双转子设计方法。
火星无人机原型机有两个平行螺旋桨，每个1.4米长，顶部是同轴双旋翼直升机，机翼正下方是高度集成的能量、控制和有效载荷系统。
图片来源：国家空间科学中心
Wit 使用太阳能电池板为其电池充电，足以在火星每天进行 90 秒的飞行。然而，NSSC 团队设想更进一步——通过漫游车使用无线充电，或结合两个电力系统。
这架火星无人机原型机的总重量为2.1kg，比Wit（1.8kg）略重。它的设计飞行高度为5-10米，达到每分钟300米左右的速度，每次飞行可以持续3分钟。飞行的局限主要是能耗和温度控制，也需要自己检测。系统保持在可视范围内。
漫游者的“指南”
火星地形南北差异明显。南半球遍布起伏的山脉和峡谷，还有大大小小的陨石坑，而北半球则相对平坦。
火星车在复杂的火星表面行进时，可能会出现行进受限、前进速度慢、探测范围小等问题。因此中国有哪些军用无人机，绝大多数火星登陆探测器已经登陆北半球和赤道附近，南半球探索任重道远。
卞春江提出了一个想法：“有没有可能设计出一种多光谱探测系统，可以在火星上飞行，并作为火星车的导游？”
这个想法是，通过对前方区域进行成像，漫游车可以更好地路线并避开限制和挑战驾驶的区域。
此外，无人机上的微型多光谱成像系统还可以检测具有科学价值的目标中国有哪些军用无人机，为一些重要化合物提供证据。无人机还可以在提供初步数据后引导流动站进行更详细的观测。
未来的工作
为了模拟火星表面的真实环境，卞春江表示，未来火星无人机的研发和测试将在火星极低气压、低温等复杂环境变量下运行。而为了成功支持科学探索目标，火星无人机的使用寿命至少有几个月甚至一年以上。
为了能够真正测试无人机的性能，研究人员必须在地球上设置合理的模拟条件。卞春江说，中国目前没有能够满足所有参数的设施。面对 Witness 的类似挑战，加州理工学院的研究人员建造了一个定制的风洞进行测试，而 NSSC 团队可能也需要采取定制的方法。
“未来五六年将是一个研究窗口，”卞春江说。“我们希望克服这些技术问题，以便下一次火星探索任务能够在火星上飞行无人机。”
中国的火星无人机什么时候出现？我们还没有确切的消息。中国第一辆火星车——“天问一号”火星车搭载的“朱融”号于今年5月成功登陆火星，一次任务完成了绕行和着陆三个目标。与之前的月球任务不同，火星探索没有备用着陆器。我国的下一次星际任务预计将在 2028-2030 年左右进行。这将是一项复杂且史无前例的火星样本采集和返回任务，之前将进行小行星样本的“排练”。
今年4月19日，美国宇航局宣布，毅力号火星车搭载的火星无人机“智慧”成功完成了火星首飞，完成了在3米高空盘旋30秒的高难度机动。
美国宇航局的无人机“机智”。
在莱特兄弟于 1903 年首次飞行六年后，出生于广东的冯如用自己的双翼飞机成功完成了试飞。同样，在未来几年，中国将寻求在另一个星球上实现首次动力飞行。
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