这架滑翔机仅靠风就能在火星巡航数月

飞机诞生近 120 年来，人类已经能够设计出突破音障、在地球上空飞翔的飞行器。然而，在另一个星球上飞翔则完全是另一回事。

亚利桑那大学和美国宇航局艾姆斯研究中心的一组航天工程师受到启发，设计了一种用于外星空中探索的新概念：火星滑翔机。他们的概念最近在《火星科学》杂志上详细介绍了。 航空航天，描述的是不依靠任何马达或发动机，而是依靠风的力量在云层之上翱翔的飞机。

制造一辆能够在火星上长期飞行的飞行器历来都是一项艰巨的任务。这颗红色星球上的许多条件使得飞行器与地球上的飞行器大不相同——例如巨大的沙尘暴、较小的表面重力以及比我们自己的大气层稀薄 100 倍的大气层。但在 2021 年，火星直升机 Ingenuity 证明了在另一架直升机上进行动力飞行是可能的。在首次飞行中，这架小型旋翼直升机爬升至距火星表面约 10 英尺的高度，并能够悬停约半分钟。

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自那时以来，Ingenuity 已成功在地面上飞行了 29 次。然而，该飞行器面临的最大挑战之一是它需要不断依靠太阳能供电才能运行。“固定翼飞机受到推进力的限制，”滑翔机研究的主要作者、亚利桑那大学机械工程研究员 Adrien Bouskela 说。“那么，我们能做些什么来延长飞行路线，[或] 延长机上可用的燃料呢？”

事实证明，该问题的解决方案在自然界中已经普遍存在。为了扩大飞机的飞行路线，研究小组创建了一个模型，使用一种名为“动态翱翔”的技术，即鸟类利用风能做出复杂的空中机动。这种技能最初是在军舰鸟和信天翁等鸟类身上观察到的。事实上，信天翁的翅膀非常适合翱翔，它们可以在海平面上乘着气流飞行数千英里而不需要降落和休息。将动态翱翔与航空航天技术相结合意味着滑翔机可以在没有燃料或发动机的情况下飞行数天甚至数月，前往 NASA 以前的任务从未能够探索的地方。

火星滑翔机团队还计划将滑翔机设计成完全自主飞行，因为他们需要能够监测大气变化并快速调整以保持漂浮。Bouskela 和他的同事已经设计了一种计算机算法来在地球上实现这一点，但如果滑翔机要在火星上生存，就必须对其进行修改。

“其中必须要有一段代码，可以监测风向、记录风向、绘制风向图，然后在其中找到最佳轨迹，”Bouskela 说。

滑翔机不仅节能，而且节省成本。这些飞行器通常生产成本低、重量轻，而且由于是充气式，体积小到可以装进鞋盒里。亚利桑那大学航空航天与机械工程副教授 Jekan Thanga 表示，它们有朝一日可能会作为未来火星旗舰任务的辅助有效载荷部署，甚至可能被装在立方体卫星群中。如此简单的开发过程无疑使大规模生产成为一个引人注目的想法。

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但该项目确实有一些设计和生产障碍需要克服，才能得到任何航天机构的批准。团队面临的最大挑战之一是确定飞行器如何进入和降落到火星大气层。此外，Thanga 表示，部署此类飞行器的时间表仍悬而未决。这时，一种运载工具就派上用场了；“部署需要一点时间，所以我们也在考虑使用辅助工具，比如热气球或飞艇，”Thanga 解释道。

一旦飞船最终降落在这颗红色星球的表面，滑翔机的飞行时间就不幸结束了。但在着陆期间，它仍然可以使用。

目前，该团队设想这架滑翔机将拥有“第二次生命”，成为气象站。由于它配备了摄像头以及温度、压力和气体传感器，该飞行器将继续从远程位置观察和记录大气数据。最终，有了足够多的固定滑翔机，它们发回的情报可用于创建更好的火星神秘天气系统数值模型。

“我们有一些关于火星大气的数据，但……还不够，”NASA 研究科学家、这项研究的合著者亚历山大·克林 (Alexandre Kling) 说。“所以这次任务的目的是为了更多地了解火星环境。”

桑加指出，一旦技术进一步发展，“整个飞行器生态系统”将可以更近距离地探索火星大峡谷等地，以及火星的火山地区和高地。在此之前，滑翔机项目仍处于早期原型阶段，但如果获得适当的资金，两三年后就可以为太空任务做好准备。与此同时，该团队计划很快在地球上对飞行器进行测试：今年夏天晚些时候，工程师们将把模型带到机场，让它们飞到 15,000 英尺的高空，这个高度足以让风力条件与火星相似。

在这些滑翔机原型机准备好翱翔火星天空之前，还有很多东西需要学习，但正如克林强调的那样，高风险会带来高回报。

“我们可以飞上火星，”克林说。“我不是说这很容易，但它确实很有希望。”