火星正成為近年人類深空探測的熱點，但這顆紅色星球上的極端環境嚴重束縛了傳統火星車的探測能力，能擺脫火星崎嶇地形限制的飛行器就被視為新一代火星探測器的發展方向。4月19日，美國“機智”號無人直升機在火星上實現首飛。正處在預研階段的中科院火星無人機原型(如圖)也于近日通過項目驗收。該項目負責人接受了《環球時報》記者的獨家專訪。

扮演兩大角色

據介紹，火星無人機原型機由中國科學院國家空間科學中心卞春江研究員領導的團隊負責研制。

在談到火星無人機的任務目標時，卞春江透露說：“我們研制的火星無人機項目正式名稱是‘火星地表巡飛光譜探測系統’。針對火星車在復雜的火星地表行駛受限多、前進速度慢、探測范圍較小等問題，我們提出一種可在火星地表巡飛的多光譜探測系統。它是一款載有微型光譜儀的巡飛無人機，可充當火星車的領航員，實現火星車探測效能倍增。本項目通過開展系統樣機研制，評估未來火星地表大范圍巡飛多光譜探測技術的可行性。”

根據卞春江的介紹，未來火星無人機主要扮演兩大角色。一是“火星車行駛領航員”。由于火星表面地形復雜，即便火星車經過專門設計，但仍有很多危險區域無法通行。而火星無人機在一次飛行中就可完成半徑幾百米范圍的火星地表成像，快速實現周邊地形的精確掌握，精準領航火星車安全快速行駛。

二是“火星車探測效能倍增器”。火星無人機的飛行速度快，能快速覆蓋并掌握周邊地表形貌和成分特性，發現并引導火星車快速抵近高價值目標，又快又準地實現科學探測，推動火星車對高價值目標探測能力的“倍增”。

火星無人機啥樣

從公布的火星無人機原型樣機外形來看，它是一種共軸雙旋翼無人直升機，機翼正下方是高度集成的能源、控制及有效載荷系統。

為什么要采用這樣的設計?火星上顯然沒有可供傳統飛行器起降的跑道，從簡化結構的角度出發，火星無人機也不適合采用彈射或滑跑等起飛方式。卞春江透露，鑒于火星探測及其地表環境特點，具有垂直起降能力的火星無人機成為最優的選擇，當前垂直起降無人機主要有單旋翼尾槳式、多旋翼式(四旋翼為主)、共軸雙旋翼式三種體制，結合火星重力場和地表大氣特性進行綜合評估，共軸雙旋翼是火星無人機目前的最優技術路線，“我們認為未來火星無人機將會以這條技術路線為主”。

卞春江表示，“我們的火星地表巡飛光譜探測系統的特點是將無人機和微型多光譜探測載荷進行了高度一體化設計，其兼具在火星超低空巡飛多光譜探測和地表快速成像能力。”

未來面臨諸多挑戰

但依靠旋翼提供升力的無人直升機，要在火星上起降面臨非常大的技術挑戰。這是因為火星上的大氣非常稀薄，火星表面的大氣壓只有地球表面大氣壓的0.7%-0.8%，相當于地球表面3萬-4萬米高空的氣壓，需要旋翼以極高的速度運轉才能提供足夠的升力。此外，它還需要克服火星上的極低溫度和自主充電等難題。正因為相關技術難度很大，因此美國“機智”號無人直升機這次火星任務沒有攜帶科學設備，專心研究如何克服在火星上的保溫、充電、自主飛行、拍照等諸多技術難題。

卞春江表示，火星無人機項目當前的研究目標是突破火星地表巡飛探測系統的關鍵技術，驗證技術可行性，為未來火星地表區域巡飛光譜探測奠定技術基礎。通過火星地表巡飛光譜探測系統原型樣機研制與環境模擬試驗測試，已驗證相關技術的可行性。后續將重點圍繞火星地表復雜環境長期生存問題，開展相關技術攻關與驗證工作。

他表示，火星地表巡飛光譜探測系統可以實現對火星地表的土壤、巖石成分進行較大范圍快速粗探，幫助火星車規劃高價值探測目標和高效行駛路徑，引導火星車抵近實現更高效和安全的精細探測，期待它能在中國未來的火星探測任務中發揮作用。▲(本報記者鄧孝慈)