北京
近日，NASA在噴氣推進實驗室（JPL）完成了一項里程碑式測試：下一代火星直升機的旋翼葉片在模擬火星大氣環境中，葉片尖端速度成功突破音速（馬赫1.08）。
這一成果將為未來更強大的火星飛行器鋪平道路，讓它們能夠攜帶更重的科學儀器和有效載荷，在紅色星球上進行低空探索。
01
從“機智號”到下一代
2021年4月19日，NASA的機智號（Ingenuity）火星直升機完成了人類歷史上首次在另一個星球的動力受控飛行，徹底改寫了航天史。但機智號只是一項技術演示驗證機，并未攜帶科學儀器。
如今，NASA的目光已經投向更遠的未來。最新公布的SkyFall項目以及其他潛在的火星飛行器，將具備實際搭載能力，它們需要攜帶科學儀器、傳感器，甚至支持未來載人或機器人任務。而要實現這一切，核心就在于旋翼性能的突破。
Mars Exploration Program經理Al Chen表示：“機智號已經很出色，但我們對下一代飛行器的要求更高。在火星飛行極其困難，因為那里的大氣極其稀薄（僅為地球的1%），卻仍有可觀的引力，產生升力極為挑戰。”
02
為什么必須突破音速？
在地球上，增加旋翼推力的方法通常是提高轉速或增大直徑。但在火星，工程師必須更加激進。
由于大氣密度極低，只有將葉片尖端速度推向音速，才能產生足夠的升力。機智號團隊在72次飛行中始終將轉速控制在2700 rpm以內，葉片尖端速度保持在馬赫0.7左右，目的是避開音障附近難以預測的物理現象。
圖源：NASA
JPL旋翼測試負責人Jaakko Karras幽默地說：“如果查克·耶格爾（突破音障的傳奇飛行員）在這里，他會告訴你馬赫1附近的情況會變得‘古怪’。我們希望下一代火星飛行器有更強性能，因此必須確認旋翼能在更高速下安全運行。”
值得注意的是，火星上的音速約為540 mph（約869 km/h），比地球海平面（約760 mph）低得多。
03
嚴苛測試：在“刀槍不入”的艙室里
測試團隊將由AeroVironment公司制造的三葉旋翼安裝在JPL著名的25英尺太空模擬艙中。他們抽出艙內空氣，充入適量二氧化碳以模擬火星大氣環境，然后逐步提高旋翼轉速，同時用風扇制造迎風條件。
為防萬一，工程師在艙內關鍵位置鋪設了金屬板。測試中，轉速最高達到3750 rpm，葉片尖端速度先達到馬赫0.98，隨后在迎風條件下成功突破馬赫1.08。
這一突破直接將火星飛行器的升力能力提升30%，意味著未來飛行器可以攜帶更重的科學載荷、更大的電池，實現更長距離和更復雜的探索任務。
隨后，團隊又測試了稍長的兩葉SkyFall旋翼，僅需3570 rpm即可達到相似速度。NASA Ames研究中心空氣動力學家Shannah Withrow-Maser興奮地表示：“我們原本覺得能達到馬赫1.05就很幸運了，最后竟然沖到了1.08！數據還在深入分析，可能還有更多性能潛力。這些下一代火星直升機將會非常驚人。”
04
未來展望：SkyFall即將啟航
SkyFall任務團隊已將本次測試成果納入設計規格。該任務計劃在2028年12月向火星發送三架下一代直升機，延續機智號的傳奇，并開啟火星低空探索的新時代。
從第一次在另一個星球飛行的壯舉，到如今突破音障的堅實腳步，NASA正在一步步把科幻變為現實。未來，人類或許能通過這些靈巧的“空中偵察兵”，更深入地了解火星的地質、氣候和潛在生命跡象，為載人登陸鋪路。
火星探索，從未停止。
參考
https://www.nasa.gov/solar-system/planets/mars/nasa-pushes-next-gen-mars-helicopter-rotor-blades-past-mach-1/
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