中国将迎来自己的火星无人机:中科院耗时两年,已完成样机验收

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发布时间:2021-09-18 16:43

火星探测正在吸引全世界越来越多的目光。

最近,由我国自行设计研制的火星无人机原理样机已通过验收

继美国之后,中国也将有自己的火星无人机了!

别看就这么小小的一台,它由中科院耗时两年完成

共轴双旋翼的设计将使其能够产生足够升力,升至 5~10 米,一次可飞行 3 分钟,1 分钟能飞 300 米

大气密度仅为地球 1% 的火星上,完成这样的飞行可太具有挑战性了。

并且该无人机身上带有一台微型多光谱探测仪,可充当火星车的“领航员”,协助火星车加速完成探测任务。

它有望在我国下一次火星探测任务中登上火星

做火星车的“领航员”

为什么火星车需要这样一位“领航员”呢?

大家都还记得吧,今年 5 月 15 日,咱们国家的“祝融号”火星车,成功着陆火星。

截止到 8 月 15 日,它在火星表面成功运行的 90 个火星日(约 92 个地球日)里,累计行驶 889 米,共传回地球约 10GB 原始数据,圆满完成既定巡视探测任务。

是的,90 天就走了不到 900 米。

因为火星表面环境实在非常复杂,再加上火星发射的高昂成本,容不得一点“翻车”,所以它的每一次移动都要先仔细观测好周围环境,然后才能挪动一小步。

必须要小心再小心。

另外火星车还要边移动边做科学考察并发送数据给地球,然后等待回应和指示才能继续下一步。

但由于距离和带宽,火星与地球之间的信号传输相当慢……

所以两大原因加起来,无论是“祝融号”还是 NASA 的“毅力号”,谁也快不了

“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?”

早在 2016 年 1 月 11 日我国火星探测任务正式立项时,中科院复杂航天系统电子信息技术重点实验室的研究员卞春江就产生了这样一个想法。

这样火星车行驶受限制、前进速度较慢、探测范围较小等问题都能解决了

于是在 2019 年 3 月,基于该实验室在飞行器、电子通信、人工智能等方面的技术基础,卞春江提出“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”。

现在,经过为期两年的研制,终于到了原理样机验收阶段。

一次可以飞 3 分钟,1 分钟能飞 300 米左右

与有 4 个螺旋桨的方形无人机不同,火星样机有两个相互平行、长 1.4 米的螺旋桨

在这之下有四条机械腿,四腿之间还有一个正方形的“肚子”,用来容纳探测火星所需的设备。

上面搭载了一台微型光谱仪,总重量为 2.1 公斤

卞春江介绍道,按照该火星无人机的设计能力,在一次飞行中,通过微型光谱仪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信息。

除了帮助火星车避障,如果发现高价值的目标,它还可以引导火星车又快又准地抵达

“如此一来,在无人机的引导下,火星车就可以高效地完成科学探测任务了。”

ps.其实在今年 4 月,NASA 的“机智号”无人机就在火星试飞成功,用来为“毅力号”火星车规划勘察最佳行驶路线。

这也是人类首次在地球以外的大气层内完成动力飞行的“莱特兄弟时刻”

1.8kg 的它垂直上升约 3 米后坚持了约 40 秒,完成首飞。

而中科院的这个无人机飞行高度初步定位在 5~10 米,一次可以飞 3 分钟,1 分钟能飞 300 米左右,通过无线充电的方式从火星车获得电力

除了功率与通信限制之外,火星大气稀薄,密度仅为地球的 1%。

所以在火星上放飞无人机极具挑战,在此环境下首先就必须产生足够的升力才能让它飞起来。

由于目前火星上还不可能建跑道,那飞行器就只能抛弃固定翼选择直升机形式。

而单旋翼带尾桨的直升机,在保证同等升力的情况下,桨盘直径大、结构不够紧凑,不利于搭载运输;

采用多旋翼式无人机呢,体积势必会很大;

只有共轴双旋翼无人机能在最小的轮廓尺寸下具有最大的桨盘面积,有利于在稀薄大气中获取足够的升力。

因此,团队成员最终选择了共轴双旋翼的技术路线,也就是前面我们看到的那个样子。

未来还要很多工作要做

目前,已通过验收的该项目被评价为“为我国后续火星探测提供可能手段”。

但卞春江表示,还有很多工作要做。

比如后续团队将重点围绕无人机在火星极低温度、阵风沙尘等复杂环境下长期生存的问题,开展相关技术攻关与验证工作。

另外正式开发完成后,如何测试也是一个问题:国内还没有能同时满足低温、低压、大尺寸环境的试验舱

他们也要想办法争取新支持。

而未来 5~6 年将是研究的窗口期,卞春江表示:

我们希望能够攻克这些技术难题,让无人机搭载下一次火星探测任务登上火星。

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