目前，美國宇航局科學家研制一種能在火星表面翱翔的滑翔機，它像“信天翁”一樣能持續(xù)飛行幾天時間，一旦它投入使用，這款無發(fā)動機的滑翔機可用于收集火星大氣和地質(zhì)數(shù)據(jù)，它的重量 5 公斤，翼展可達到 3.35 米，體形大小與信天翁接近。
▲ 圖中是研究團隊在亞利桑那州進行一次初期版本的滑翔機試射，在發(fā)射過程中，滑翔機與氣球連接，最終緩慢地降落在地面上。
這款火星滑翔機可通過微型衛(wèi)星發(fā)送至火星表面，然后展開折疊的機翼，僅使用風能推進飛行，其獨特的飛行模式使它能利用風能在火星地質(zhì)結(jié)構(gòu)周圍飛行，例如：峽谷和火山。
據(jù)悉，火星滑翔機是由美國宇航局行星科學家和亞利桑那州大學航空專家制作的一個原型，他們在地球沙漠地區(qū) (模擬火星地形) 中進行了測試，使用氣球?qū)⑦@款滑翔機送入地球大氣層。
火星滑翔機項目負責人亞歷克斯?克林 (Alex Kling) 博士是美國宇航局火星氣候模型中心的研究科學家，他說：“使用火星滑翔機作為勘測平臺，工作人員操控滑翔機可抵達那些令人感興趣且非?？岬膮^(qū)域?！?/p>
▲ 最新設(shè)計的火星滑翔機包含一系列導航傳感器，以及相機、溫度和氣體傳感器，用于收集火星大氣和地貌信息。
目前火星軌道有 8 顆探測器處于正常運行狀態(tài)，以 0.33 米每像素的分辨率拍攝火星表面，此外，還有 3 輛火星車正在穿越火星表面平坦沙地，它們能在沙地安全著陸，并以更高的精度繪制小區(qū)域地圖。
但在火星車所處位置方圓 336 公里范圍內(nèi)狀況，火星氣候變化，以及山脈等大型地質(zhì)特征，正是科學家感興趣的，亟待進一步勘測研究。2021 年，美國宇航局在火星表面部署“機智號”直升機，旨在探索火星環(huán)境，但該直升機每次最多能飛行 3 分鐘。
據(jù)《航空航天雜志》介紹稱，火星滑翔機更具優(yōu)勢，能在空中停留更長時間，并利用其飛行、溫度和氣體傳感器，以及相機等設(shè)備全面勘測所在環(huán)境。克林博士說：“火星滑翔機勘測區(qū)域是地表和大氣之間的交匯區(qū)，這里是灰塵被收集并送入大氣的區(qū)域，是微量氣體進行混合，也是山脈-峽谷調(diào)節(jié)大量風力的地方，只是我們之前并未獲得太多相關(guān)數(shù)據(jù)。”
▲ 科學家曾提議使用“火星 2020”探測器攜載滑翔機進入、下降和著陸火星表面。
研究小組希望美國宇航局資助“搭乘任務(wù)”，讓火星滑翔機搭乘火星探測器抵達火星。該滑翔機可由立方體衛(wèi)星攜帶，立方體衛(wèi)星與電話薄大小相近，它們通過大型太空探測器攜載升空。
一旦滑翔機進入火星大氣層，就會被釋放，要么像折紙一樣展開，要么像游泳池玩具一樣膨脹。據(jù)悉，該美國研究小組基于火星的氣候數(shù)據(jù)，對滑翔機的飛行模式進行了廣泛的數(shù)學建模，它將使用幾種不同的飛行方法，包括：在充足垂直風時簡單的靜態(tài)飛行，或者“動態(tài)飛行”。
▲ 滑翔機可以在火星大氣層中釋放，然后像折紙一樣展開翅膀。
它就像長途飛行中的信天翁一樣，動態(tài)飛行利用水平風速隨地形高度增加而增強了飛行優(yōu)勢，該現(xiàn)象在火星表面較為常見?；鹦腔铏C以 S 型模式飛行，類似于滑雪者控制速度滑雪下山。
但是該滑翔機每次方向改變時并未減速，而是在緩慢移動的低空風中以略微上升的飛行角度獲得增速。
當滑翔機遇到更快、高海拔風流時，它會轉(zhuǎn)向 180 度，讓高速風力以輕微向下的角度推動其飛行。當它逐漸耗盡能量時，將重復以下操作：以 S 型模式飛行，使其一次飛行時間持續(xù)幾天，期間在火星大氣層中收集能量。
研究合著作者、亞利桑那州大學杰肯?撒卡 (Jekan Thanga) 說：“這幾乎是人們只有看到才會相信的事情！”據(jù)了解，科學家們還在探索使用氣球或者飛艇式飛船運載滑翔飛機的可能性，此類方案可以緩慢下降，并利用最佳風力條件，特別是科學家高度感興趣的地區(qū)，滑翔機甚至可以飛行后重新依靠在氣球或者飛艇式飛船上，繼續(xù)完成多次太空探索任務(wù)。
滑翔機著陸后，它將繼續(xù)向飛船傳送火星大氣信息，本質(zhì)上成為一個火星氣象站，目前全球各地的氣象站為氣象學家提供信息，所有相關(guān)氣象數(shù)據(jù)不斷地反饋到天氣預測計算機模型中，每架退役的滑翔機，不論是按計劃完成了勘測任務(wù)，琮是出了什么問題，都可能成為類似的火星系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。
研究報告第一作者、亞利桑那州大學航空航天工程博士生阿德里安?鮑斯克拉 (Adrien Bouskela) 說：“如果我們耗盡了飛行能量，或者我們的慣性傳感器由于某種原因突然失效，我們希望能繼續(xù)進行科學勘測工作，從行星科學角度來看，太空探索任務(wù)仍在繼續(xù)?！?/p>
▲ 圖中是兩架不同滑翔機 (S1 和 S2) 的部署方案，它們獨特的飛行模式能利用風力在地質(zhì)結(jié)構(gòu)周圍飛行，例如：峽谷和火山。
今年夏季，火星滑翔機原型機在地球海拔 4572 米高空區(qū)域飛行，那里大氣層更稀薄，飛行條件更接近火星。該研究報告合著作者、亞利桑那州大學微型飛行器實驗室謝爾蓋?什卡拉耶夫 (Sergey Shkarayev) 教授說：“我們可以將地球作為研究火星飛行的實驗室，關(guān)于飛行軌跡、潛在入塢對接系統(tǒng)等仍需深入研究，但我們希望火星滑翔機在幾年內(nèi)，而不是幾十年內(nèi)實現(xiàn)！”
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