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在曩昔的几十年里,火星现已成为太阳系中被人类探究最多的行星。事实上,现在仍有八个使命勘探器在这颗赤色星球上及其轨迹上运转。而在这群勘探器中,资格最老的是在 2001 年抵达的火星奥德赛轨迹飞翔器,估计它将一向运转到 2025 年。一同,跟着 NASA 还有其它太空组织正执政将火星样本送回地球并终究送人到火星的方针尽力,更多的火星使命正在计划中。



(来历:NASA / JPL-CALTECH)

而要想登陆火星,对火星地表的细心勘探就是必不可少的准备作业了。现在盘绕火星的轨迹飞翔器能够对火星地表拍照分辩率为 30 厘米的图画。行星科学家正在逐步将这些图画组合成一张相对高分辩率的火星外表地图。

可是他们需求更高分辩率的图画来计划未来的着陆使命。到现在为止,大多数火星车降落在相对平整的平原上,在那里发作陨石碰击构成陨石坑的时机很小。而关于科学家来说,那些或许有水存在的山沟和山脊才是他们真实感兴趣的勘探目的地。所以便发生了安全着陆时分辩小岩石和陨石坑图画的需求。

在此之前,承当这一作业往往都是火星勘探器本身带着的巡视器,它们能够在周围 100 米的范围内拍照分辩率为 1 厘米的相片。可问题在于,受限于跋涉速度和动力的约束,巡视器在使命周期内的累计跋涉路程也未必会很长,以刚刚退役的机会号为例,其在履行使命期间行进的 45 公里现已创下了史无前例的纪录,而这可是足足花了 15 年的时刻。

那么该怎么处理这一问题呢?科学家们把注意力转向了飞翔器。可是,在火星上飞翔是一件扎手的作业。尽管火星上重力很低,大约是地球的三分之一,但大气的密度只要地球的百分之一,这使得在火星上很难发生升力。

现在,行星科学家们正在寻觅更快速地探究行星外表的办法。一个可行的主意是发射一架匹配动力引擎的飞机进入火星大气层,使其履行对地上观测使命,这样的飞翔使命能够掩盖很远的间隔,仅仅本钱很高,需求 3.5 亿美元。

一个更廉价的办法是让火星巡视器带着一个四轴飞翔器,能够查询周围区域。5 月 11 日,NASA 宣告,其计划将一个小型主动直升机(切当地说就是“火星直升机”)与计划中的“火星 2020 年勘探车(Mars 2020 rover)”一道送入太空。不过,这种计划又飞翔时刻短,航程有限。

图丨Mars 2020 使命或许带着的直升机(来历:NASA)

所以,一个折衷的计划应运而生。亚利桑那大学的 Adrien Bouskela、Aman Chandra 和他的搭档们说,他们正是规划这样一个使命。他们的主意是将一架无动力的滑翔机发射到火星大气层中,经过上升的暖气流来坚持它的高度。这架滑翔机将是充气式的,折叠之后体积满足小,能够很方便地被运送到火星。

这架滑翔机将带着一个 500 万像素的摄像头、一台无线电通讯设备、一台机载计算机,以及一组带有电池的太阳能电池板,以便在白日贮存满足的电力,使其在晚上能够持续作业。Bouskela 和他的搭档们计算出,除了充气机翼和方向舵外,滑翔机的分量将抵达 5 公斤,大约相当于一只金雕的分量。

图丨火星“滑翔机”(来历:University of Arizona)


他们进一步计算出,要使这个质量能够坚持在高空飞翔,机翼的翼展需求挨近 6 米,飞翔速度大约为每秒 100 米。相比之下,金雕能够在地球上打开 2 米的翅膀,一同以每秒 15 米的速度飞翔。

在具体操作上,该滑翔机将随主勘探器一同进入火星大气层,并在约 2 公里的高度从主勘探器上抛出。氮气发作器将在 10 秒内给滑翔机充气并增压,在接下来的一个小时左右,它的机翼将在火星阳光的效果下被硬化。

其实,像这样的充气技能现已在火星上测验过了。火星探路者号着陆器和 Mars MER 巡视器都在进入火星大气层时凭借了胀大气囊缓解地上的冲击。“该技能还被用在开发小型卫星的通讯天线上,”Bouskela 说。

而火星上滑翔机的概念之所以能完成,还离不开火星与地球的大气结构相似性,也就是说,火星上风速随高度的改变与地球相似。而在地球上,滑翔机一般会凭借一股从对流层上升抵达平流层的上升暖气流滑翔,这样看来,相似的办法也应该适用于火星。

事实上,研讨小组现已对火星上的这类飞跋涉行了数值模仿。结果表明,在风速随高度改变满足大的状况下,这种自主滑翔能够使滑翔机长时刻坚持在高空。当然,全部还需求更多的作业来确认火星上全年和整个外表是否真的存在这种状况。

可是,即使是几个小时的飞翔也能发生有价值的数据。机载相机的地上分辩率大约为 10 厘米,以每秒 100 米的速度,滑翔机能够飞翔数百公里。滑翔机将图画发送到轨迹中继站,然后中继站就能够将图画发送回地球。

这样的使命能够解说许多杰出的火星之谜。其中之一就是令人费解的“奥秘线条”,即当夏天来暂时,火星的斜坡上会构成的一道道线条。这些通常被认为是因为盐水的活动而发生的,可是依然需求更进一步的调查。

这种滑翔机还或许有助于勘探未来使命的潜在着陆点。“这个提出的火星滑翔机概念为加快火星外表探究供给了一个全新的途径,”Bouskela 说。