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40秒可以做什么？“机智”号说，它已完成火星上的首次飞行

【40秒可以做什么？“机智”号说，它已完成火星上的首次飞行】据美国国家航空航天局19日消息，美国“机智”号无人直升机完成了火星上的首次飞行。重约1.8千克的“机智”号，在垂直上升3米后，执行了悬停、下降和着陆等设定动作，飞行时间约40秒。
不要小看了这短短的40秒，这可是人类历史上第一次在地球之外的星球的航空飞行。是不是有些不明觉厉？森森（解放日报·上观新闻公众号科普先森）第一时间连线了上海市宇航学会资深航天科普专家、上海宇航系统工程研究所技术顾问陶建中研究员。
40秒可以做什么？“机智”号说，它已完成火星上的首次飞行
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【火星航空飞行有诸多不确定性】
在火星上飞行的难度究竟有多大？
虽然火星对直升机的引力更小，只有地球的38%，但火星的大气密度只有地球的百分之一，空气稀薄，因此作用在直升机螺旋桨上的反作用力就小，不容易起飞。就算是气球，在火星上也不容易起飞，因为升力小了。这就需要螺旋桨的转速足够高，要比地球高出10倍，差不多2500转/每分钟。
由于火星昼夜温差大，就算选择白天起飞，一到晚上还要适应低温环境，这就对直升机的材料提出了要求。
还记得前段时间北方的沙尘暴天气吗？火星风大，时不时就来个沙尘暴，不仅影响飞行的稳定性，也降低了螺旋桨的太阳能电池效率。
说了半天，其实最难的还是距离造成的。火星太遥远，一个信息来回地球需要8分钟到20分钟， 因此需要“机智”号自主控制，但还有两个技术没有完全解决。第一，是飞机的姿态变化响应控制技术；第二，地球上的导航系统到了火星不能用。这就需要“机智”号自主导航，但这一技术也没有完全解决好，火星地图目前还不完善，也没有好用的火星导航仪。
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为了克服这些困难，科学家模拟火星环境建立了一个密封的地面实验室，并在实验室里飞了75分钟。该实验室高26米，直径7.62米，里面充满了大量二氧化碳来模拟火星密度。为了模拟火星引力，实验室的顶端有个吊挂，把其三分之二的重量消解掉了。
火星航空飞行其实面临了严峻挑战，有诸多不确定性，这次的成功可谓不简单。
【不亚于117年前莱特兄弟的首次试飞】
尽管原本计划飞行时间90秒，实际只飞行了40秒，但这次“机智”号的飞行还是非常有意义的，有评价认为它不亚于117年前莱特兄弟的首次试飞。
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说到这里，森森要和大家分享一个小插曲。众所周知，莱特兄弟1903年12月在人类航空史上实现了第一次航空飞行。为了纪念这一创举，美国国家航空航天局原本计划2003年12月实现火星首次航空飞行，但由于1999年和2001年的火星探测器相继发射失败，这一想法后来也就不了了之。
有没有觉得“机智”号这个名字与“毅力”号火星探测器很相配？它由美国一名12年级的高中生命名。由于这架直升机装在“毅力”号火星车上，它必须机智自主地完成这次任务，显然它是做到了。
相比“毅力”号还要在火星上采样、寻找生命迹象，“机智”号此次并没有任何探测任务，能够在火星上飞起来，就已大功告成。
【空气动力学在地球之外的一次验证】
为什么说这是人类历史上第一次地球之外的星球的航空飞行？
等一等，森森怎么记得，嫦娥五号在月球上创造了中国航天史上首次地外天体的起飞。好吧！原谅森森把航空和航天混为一谈了。月亮婆婆是没有空气的，不在空气中飞行的自然不能叫航空飞行了。火星上有稀薄的空气，它的大气压相当于距离地球30多公里的平流层。
一般来说，距离地球100公里以上的就属于航天领域了，100公里以下的则是航空领域。虽然只有一字之差，但航天和航空受到的“待遇”却截然不同。
首先是飞行原理不同。航空靠的是空气动力学，而航天靠的是喷气式火箭，这就像放鞭炮，得要自己喷气，然后利用反作用力；其燃烧用的氧化剂也需靠火箭自带。
其次是法律效应不同。国际上有领空权，但并没有领天权。
第三是环境不同。“航空”有大气层和地球磁场保护，而更远的“航天”由于缺乏这些保护，昼夜温差比较大。
敲一下黑板，这次“机智”号的飞行是空气动力学在地球之外的一次验证。
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