无人机引领火星探测新方向 未来面临诸多挑战

火星正成为近年人类深空探测的热点，但这颗红色星球上的极端环境严重束缚了传统火星车的探测能力，能摆脱火星崎岖地形限制的飞行器就被视为新一代火星探测器的发展方向。4月19日，美国“机智”号无人直升机在火星上实现首飞。正处在预研阶段的中科院火星无人机原型(如图)也于近日通过项目验收。该项目负责人接受了《环球时报》记者的独家专访。

扮演两大角色

据介绍，火星无人机原型机由中国科学院国家空间科学中心卞春江研究员领导的团队负责研制。

在谈到火星无人机的任务目标时，卞春江透露说：“我们研制的火星无人机项目正式名称是‘火星地表巡飞光谱探测系统’。针对火星车在复杂的火星地表行驶受限多、前进速度慢、探测范围较小等问题，我们提出一种可在火星地表巡飞的多光谱探测系统。它是一款载有微型光谱仪的巡飞无人机，可充当火星车的领航员，实现火星车探测效能倍增。本项目通过开展系统样机研制，评估未来火星地表大范围巡飞多光谱探测技术的可行性。”

根据卞春江的介绍，未来火星无人机主要扮演两大角色。一是“火星车行驶领航员”。由于火星表面地形复杂，即便火星车经过专门设计，但仍有很多危险区域无法通行。而火星无人机在一次飞行中就可完成半径几百米范围的火星地表成像，快速实现周边地形的精确掌握，精准领航火星车安全快速行驶。

二是“火星车探测效能倍增器”。火星无人机的飞行速度快，能快速覆盖并掌握周边地表形貌和成分特性，发现并引导火星车快速抵近高价值目标，又快又准地实现科学探测，推动火星车对高价值目标探测能力的“倍增”。

火星无人机啥样

从公布的火星无人机原型样机外形来看，它是一种共轴双旋翼无人直升机，机翼正下方是高度集成的能源、控制及有效载荷系统。

为什么要采用这样的设计?火星上显然没有可供传统飞行器起降的跑道，从简化结构的角度出发，火星无人机也不适合采用弹射或滑跑等起飞方式。卞春江透露，鉴于火星探测及其地表环境特点，具有垂直起降能力的火星无人机成为最优的选择，当前垂直起降无人机主要有单旋翼尾桨式、多旋翼式(四旋翼为主)、共轴双旋翼式三种体制，结合火星重力场和地表大气特性进行综合评估，共轴双旋翼是火星无人机目前的最优技术路线，“我们认为未来火星无人机将会以这条技术路线为主”。

卞春江表示，“我们的火星地表巡飞光谱探测系统的特点是将无人机和微型多光谱探测载荷进行了高度一体化设计，其兼具在火星超低空巡飞多光谱探测和地表快速成像能力。”

未来面临诸多挑战

但依靠旋翼提供升力的无人直升机，要在火星上起降面临非常大的技术挑战。这是因为火星上的大气非常稀薄，火星表面的大气压只有地球表面大气压的0.7%-0.8%，相当于地球表面3万-4万米高空的气压，需要旋翼以极高的速度运转才能提供足够的升力。此外，它还需要克服火星上的极低温度和自主充电等难题。正因为相关技术难度很大，因此美国“机智”号无人直升机这次火星任务没有携带科学设备，专心研究如何克服在火星上的保温、充电、自主飞行、拍照等诸多技术难题。

卞春江表示，火星无人机项目当前的研究目标是突破火星地表巡飞探测系统的关键技术，验证技术可行性，为未来火星地表区域巡飞光谱探测奠定技术基础。通过火星地表巡飞光谱探测系统原型样机研制与环境模拟试验测试，已验证相关技术的可行性。后续将重点围绕火星地表复杂环境长期生存问题，开展相关技术攻关与验证工作。

他表示，火星地表巡飞光谱探测系统可以实现对火星地表的土壤、岩石成分进行较大范围快速粗探，帮助火星车规划高价值探测目标和高效行驶路径，引导火星车抵近实现更高效和安全的精细探测，期待它能在中国未来的火星探测任务中发挥作用。▲(本报记者邓孝慈)