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火星直升机侦查兵（MHS；Mars Helicopter Scout）是一种首要由美国国家航空宇航局NASA喷气推动试验室领导研发中的“机器人”直升机，其规划的意图在于测验和验证针对科学家感兴趣的火星方针进行侦查的相应技能，此外，火星直升机侦查兵还需求承当“为下一代火星勘探器规划最佳行驶路途”这一重要使命。
从本质上来说，火星直升机侦查兵是一种小型无人直升机，依照美国现在的火星战略，MHS是归于“火星2020勘探器”（Mars 2020 Rover）方案的一部分。在方案的前期阶段，估量在为期30天的测验期间，作为一种技能演示验证飞翔器，它将飞翔5次。每次飞翔时刻不会超越3分钟，离地高度在3米到10米之间，可是每次飞翔的最大间隔会在600米左右。该机是全程自主飞翔的，在每次着陆之后就会主动与“火星2020”勘探器进行通行。
图示为美国的“火星2020”地上勘探器
假如火星直升机侦查兵的体现全都如预期相同作业，那么NASA就能在该机的根底上针对未来美国的火星战略使命进行更为具体的规划。整个火星直升机侦查兵项意图负责人是NASA的“MIMI Aung”，在Aung的主导之下，该项意图主力团队由AeroVironment公司、NASA埃姆斯研讨中心和NASA兰利研讨中心一起组成。
从自筹经费到取得支撑——火星直升机的开展简史和方针
NASA的喷气推动试验室和加州理工学院一向都在探究研发一种能够伴跟着火星2020勘探器一起作业，履行空中侦查使命的机器人的或许性，并在2014年的时分初次揭露这种空中机器人（无人直升机）的概念规划。到了2016年年中，探究项目团队要求拨款1500万美元，以此来保证这种直升机的研发作业正常进行。到了2017年年末，这种“史无前例”的无人直升机的工程模型现已在模仿的火星大气层环境中进行了测验，对应的其他试验模型也被布置到北极区域进行更广泛的测验，不过至此，美国政府还没有揭露将这种火星直升机归入火星勘探项目，相同也没有正式揭露为其拨款。
火星直升机规划团队的主力科学家与火星直升机的合影
2018年3月份，起色来了，美国联邦政府预算为该火星直升机项目拨付了2300万美元的资金，并在同年5月份宣告开发该型直升机并进行相应的测验作业，并将其正式归入到“火星2020勘探器”项目使命中。
现在，火星直升机侦查员现现已过了广泛的飞翔动力学和火星环境适应性测验，并在2019年8月份进行了安装在火星勘探器底部的测验作业。该机的分量不到1.8公斤，依照现在的规划，最多能够飞5次。
作业人员将火星直升机安装到“火星2020”勘探器底部
火星直升机侦查员能够说是NASA喷气推动试验室规划的一种演示验证飞翔器，它存在的首要意图是评价这项技能是否能够真的在火星大气环境中完结安全、牢靠的飞翔，并能够供给更好的火星外表测绘作业以及引导地上火星勘探器的行进路途，从而为美国未来的火星勘探使命操控人员供给更多的信息，协助他们规划勘探路途和躲避风险，以及承认真实值得勘探器“重视”的当地。火星直升机将能够供给比轨迹图画拍照图画的分辨率大约高出10倍的仰望图画，并将会显现或许被勘探器相机遮挡的一些火星环境特征。依照美国科学家的预估，装备了火星直升机侦查员之后，地上活动的火星勘探器将更安全地以三倍的速度向前行驶。
火星直升机侦查兵飞翔器的探究作业为美国地外星球飞翔器的研发作业奠定了根底，为其在将来开发更强壮的直升机以便在火星或许其他方针行星的大气层中飞翔开辟了路途。
超常规的共轴双旋翼——火星直升机的规划
该型直升机采用了回转的共轴旋翼，其直径大约在1.1米上下，其首要使命载荷便是一套高分辨率的下视摄像机和一套通讯体系，摄像机可用于导航、着陆引导和地势科学丈量，通讯体系则大多数都用在向火星2020勘探器传递数据。虽然火星直升机侦查兵本质上算是一种航空飞翔器，可是为了在发射过程中接受重力的改变和较高的振荡水平，该机完全是依照航天器的规范制作的，此外，该机还承继了能够在火星冰冷环境中作业的防辐射体系。
作业人员正在调试这架火星直升机
因为火星磁场不稳定，无法运用指南针进行导航，所以火星直升机侦查兵将承继NASA喷气推动试验室出品的视觉惯性导航体系，然后经过摄像头盯梢太阳方位来完结导航。除此之外，该机还有一些传感器输入设备，包含陀螺仪、视觉里程计、歪斜传感器、高度计和损害勘探器。它将会运用太阳能电池板为电池充电，从现在已有的信息来看，这些电池会是6个标识容量2Ah的索尼产锂离子电池。
在试验风洞中初次起飞的火星直升机模型
现在的火星直升机侦查兵采用了骁龙处理器和根据Linux的操作体系，其间承继了经过特征盯梢预算速度来完结视觉导航的模块。中央处理器连接到两个飞翔操控办理体系微处理器单元，以此来履行火星勘探使命所需求的飞翔操控功用。该机与火星2020勘探器的通讯则是经过称为Zig-Bee的无线电通讯线路进行的，这是一种规范的900兆赫的芯片组，安装在勘探器和直升机上。这套通讯体系的规划规范是以每秒钟250千比特的速度传送数据，其传送间隔能够高达1000米。
火星直升机侦查兵和火星2020勘探器协同作业的艺术概念图
火星直升机侦查兵将附着在火星2020勘探器的底部前往火星，并在着陆后60到90个火星日之间布置到火星地表，随后，比及勘探器脱离该机100米间隔之后，火星直升机侦查兵的飞翔测验作业将会发动。
开始研发已完结——NASA火星直升机的最新进展
依照NASA现在宣布的最新研讨文献来说，他们近期最重视的关键便是火星直升机悬停飞翔力学的建模和辨认研讨。跟着“火星2020勘探器”项意图推动，NASA关于该型直升机的研发要求也渐渐变得火急。关于一架直升机来说，因为火星一起的极点淡薄大气条件，要想在这种条件下飞翔是适当困难的，有的读者或许会说，虽然火星外表大气很淡薄，可是火星不是重力小吗？的确，火星的地心引力比较小，可是这种引力减小的起伏远比不上大气淡薄带来的负面作用，这也是火星直升机有必要面临的关键问题。
试验中，被挂载在悬臂上的火星直升机
NASA在近期的研讨就特别重视在这种极点大气条件下飞翔的火星直升机的飞翔动力学和操作性问题，尤其是那些与地球差异较大的典型的动力学问题范畴。NASA的科学家们针对相应的问题建立了数学模型进行了仿真，而且根据2016时分在拟真环境下进行的测验型火星直升机的试验作业进行了相关办法的模型验证和体系辨识。
火星直升机三维模型和参阅坐标系示意图
和本研讨相关的数学建模办法和具体测验技能就不具体打开说了，这儿首要介绍一下NASA科学家的研讨定论：
火星直升机和地球上典型的直升机在多个方面都存在着会影响到飞翔力学的巨大差异，这中心还包含旋翼与机身之间的间隔可算是天差地别，而且全机的分量和旋翼的惯性量也存在着极大差异；
因为缺少气动阻尼，引入了经过加强旋翼从而将旋翼-机身形式提高到更高频率的办法；
相同是和缺少气动阻尼相关的，周期输入和旋翼呼应之间的滞后相位角也降低了，这就改变了周期变距输入的呼应，对平飞和入流梯度都产生了影响；
因为是作业在低重力环境下，所以旋转-平移之间的动力力学耦合联系也发生了改变。
因为缺少类似体系下的相应的研讨作业，而且在地球外表模仿火星的环境也并不简略，所以上述种种差异关于操控闭环来说都是巨大的应战。虽然如此，在研讨人员的不懈努力之下，火星直升机的体系辨认作业和自在飞翔演示验证作业的顺利完结，在火星大气中操控这样一家直升机的可行性也得到了验证，这就为该型直升机终究参加到火星2020使命中奠定了根底。
在风洞测验中的火星直升机
在这部分研讨的根底之上，NASA科学家的下一步作业将是打造一架更大型的火星直升机工程开展模型，然后在专门打造的火星环境风洞中进行相应的飞翔测验，这中心还包含前飞等多种飞翔状况，而不仅仅仅仅停留在悬停状况下的测验之中。在现在这个时刻节点，火星直升机侦查兵的飞翔模型（也便是本年会被布置到火星上的）现现已过了全面的测验作业，并将会被集成到“火星2020勘探器”上。
2020年3月10日，在佛罗里达州肯尼迪航天中心的测验中看到了NASA的火星直升机。图片：NASA / Cory Huston）
火星2020使命的一切组件现在正在佛罗里达州的美国宇航局肯尼迪航天中心进行最终的发射前测验。美国国家航空航天局在一份声明中称，这些部件包含巡航阶段飞翔器和直升机，后者最近完结了一项承认其质量特性的测验。
最近对这架直升机的测验包含在发射前最终一次旋转桨叶，在此期间，它在测验气闸中每秒旋转50圈。假如一切顺利，这架火星直升机上的叶片将在2021年的某个时分在火星上旋转。
满意火星2020年夏日发射窗口是NASA的最高优先事项之一，虽然该组织的许多中心现已封闭现场作业，企图减缓新冠状病毒的传达。因为火星和地球的摆放很杂乱，假如本年夏天该组织错失发射窗口，它需求等候两年才干再试一次。欧洲航天局和俄罗斯一起履行的火星使命现已遭受了这种命运。
还需求再次着重的便是，这架火星直升机本身仅仅是一架技能演示验证机器，其意图是为美国打造更强壮的外星球飞翔器而奠定根底。那些更强壮的“未来直升机”将会被布置到地外行星和有大气层的卫星上履行“更具有野心”的种种使命。
火星直升机演示验证模型
依照美国科学家的估量，下一代“火星旋翼机”总重或许在5到15公斤之间，有用的科学设备载荷能够在0.5到1.5公斤之间。这些未来飞翔器能够直接与轨迹飞翔器通讯，而且也有期望独立于地上勘探器而履行本身的使命。这些未来的直升机还能够被用来探究暴露的永久冻土或冰冻圈等特别区域，科学家们一直信任那里极有或许会有微生物生计下来。
火星直升机也被考虑在未来用于快速抓取火星上的小规模样品，然后经过火星样品提高器之类的运载工具来运返地球。
威望解读NASA2020火星勘探使命，火星小姐姐连线《中国航天》履行主编张京男：
来历：火星学会
