NASA华裔科学家：火星直升机未来可充当“侦察兵”

刘登凯博士，目前负责美国航天局喷气推进实验室(JPL)水瓶座任务，并曾担任SAC-D水瓶座计划的总工程师，该计划在2011年6月10日发射执行全球第一次海洋盐度测量任务。

刘登凯博士在水瓶座计划之前是在美国NASA的火星科学实验室（MSL）担任飞行系统副经理和副总工程师。他在2012年8月5日”好奇号”登陆火星之前重新加入该团队以确保地面操控的准备能及时完成。

刘登凯博士在喷气推进实验室飞行计划中担任许多关键职务，包括 “火星通信卫星”计划的飞行系统经理、“航空电子系统和技术部”飞行计划的助理经理、GALEX计划的飞行系统经理、“深空一使命”计划的航空电子设备经理、以及火星探路者任务的方位控制系统小组负责人。

刘登凯博士自1997年以来，他参与了美国航天局的每一次火星计划。他在1997年火星探测太空船“拓荒者”号计划中的角色举足轻重。他当时负责“拓荒者”号的定位、转向、下降、通讯等自动控制系统。因为其卓越的贡献，他曾获得美国NASA所颁发的特殊成就奖、喷气推进实验室的卓越领导奖及卓越技术奖等荣誉。

■  意 义

刘登凯博士：“机智”号首次成功在火星起飞，有三个重大意义。第一，从人类对外太空的探险历史来看，实现了首次。我们第一次有一个物体可以在外太空星球上面，也就是在离开地球以外的星球上面 “飞翔”。这种“飞翔”跟我们之前发射人造卫星是完全不一样的观念。人造卫星是利用牛顿万有引力定律在一个星球上飞，就跟月亮绕着地球转一样，这是物理层面上人类在太空的应用。但是这一次直升机在火星上，是要依靠火星上的大气来实现起飞的。

第二，从技术上来看，在火星上起飞直升机是一个很大的挑战。这是一个很困难的事情，不是很容易的事情。

第三，这次成功的起飞，也突出了团队克服困难的决心，表明太空探索需要具备敢于探险的精神。我想在我们人类探险方面，精神是很重要的。

刘登凯博士：当时我看到这一幕是非常兴奋的。通过NASA发出的现场画面，您也可以看到我们团队的MiMi AUNG小姐，她也是我的好朋友。首飞成功的那一瞬间，她非常兴奋，为了这一项目她也做付出了很多很多。整个团队他们都很辛苦，真的很辛苦。不但是在做的时候很辛苦，在操作的时候也很辛苦，他们都是半夜三更地跟着“火星时间”连轴转的。

谈到首次起飞，因为未来还可能有3到4次的这样飞行。第一次，“机智”号只是飞了约40秒的时间。这次一共大概起飞了3米左右的高度。能够做到这个高度，应该可以说是“万事俱备”才能实现的。比如说可以在视频中看到，“机智”号直升机可以直飞上去直飞下来，表明所有的飞行条件因素都具备了。所以第一次直飞，是非常有意义的一个直飞。这次执飞成功的话，可以说后续的飞行计划成功的机会都非常大。

刘登凯博士：可以说面临的挑战不少。第一，是来自环境方面的挑战，“机智”号在火星上起飞是要靠火星上的大气环境及自身转动螺旋桨而有浮力产生，才可以飞上去。火星大气比地球稀薄得多，密度大约是地球的1%，但重量却是地球的三分之一，从这一差异你就可以想象出在火星上升起直升机有多困难了！

第二大挑战是在制作工艺方面，基于火星上大气和重力上的差异，在制造智能飞机的时候，理论上来说要制作非常轻的“直升机”，而且这一直升机需要在一个几乎没有大气的环境下可以浮动起来。所以“机智”号本身不能很重。一开始团队工作人员也意识到在火星上将这样一架直升飞机起飞是很困难的事情的。但是他们不断地在做、修改、想办法。想办法使用最小的电脑，使用最轻的电子原件，两个螺旋桨要做到非常平衡。可以看到最后“机智”号的整个重量只有1.8千克。这么轻的东西里面还有电子器件，还有螺旋桨、脚架、电路板、照相机。其实“机智”号承载了很多东西在上面，居然只有1.8公斤。在技术上来讲的话，是非常具挑战的一件事情。

刘登凯博士：火星上稀薄的空气使得旋翼飞行器上的叶片只能通过旋转获得很小的上升力。这其中就涉及螺旋桨的问题，螺旋桨要转得非常快，这个力量才会起来。而螺旋桨在快速转动的时候，也不能像地球上的飞机一样，有好几个螺旋桨，那也不行，机智号仍然需要尽可能减轻自己的“体重”。

此外，你可以观察我们地球上面的直升飞机要转向的话，直升飞机后面都有尾巴，尾巴上面有个螺旋桨。然后利用螺旋桨旋转的方向，你可以控制它的方向以及怎么走法，但是如果你观察“机智”号直升飞机的话，它是没有这个“尾巴”的。它只有两个旋转方向，一个旋转是正向旋转，一个是反向旋转。从这个技术上来讲的话，利用可以用正反旋转，技术人员就可以操纵方向。这一技术上是挺厉害的一件事情。我们在地球上面的话，我们无人机当中这4个螺旋桨还比较容易平衡，但是“机智”号只有两个螺旋桨都可以平衡的，所以在飞行控制方面这个是有很大的技术突破。

刘登凯博士：基本上是没办法在地球上来操纵的，你必须要在当地进行。但也不是登陆车毅力号来控制直升飞机的飞行的，它只是装载了“机智”号将它运到了火星表明。实际的起飞降落都是“机智”号自己来进行的。

举例说明你可能更清楚，地球跟火星的间距离非常远，信号传达就会有延迟，这个信号返回地球就要花费10分钟到14分钟左右。这么长的一段距离，工作人员没办法在地球上来对它进行实时控制。

就好比您开车，你看到一个红灯停车记号，你闭着眼睛，旁边有一个人告诉你怎么开车。那个人说我看到前面停车的信号你赶紧刹车，那个人在你旁边你可以立马刹车，但是那个人在很远的地方，告诉你的时候已经过了三秒钟，这时已经来不及了。三秒钟已经很晚了，更不要说10分钟以上了。

刘登凯博士：技术上是非常关键的，我刚刚提到，直升机能够自动控制起降，然后能够自主充电，自己可以知道应该要飞到哪里去了，这都是很多关键的技术的整合。

刘登凯博士：在直升机飞行的区域上，要求“机智”号要离开火星车“毅力”号很远，大概要在100公尺以外。这是为了防止“机智”号降落打到毅力号。毕竟“机智”号只是处于技术验证阶段。此次““机智””号首飞的首要任务不是进行科学考察，而是测试其在火星上是否“能飞”。而毅力号是带着任务前来的不能因为直升飞机干扰到我们的任务。因此，毅力号可以搭载“机智”号前往火星，也就是说“你（“机智”号）做你的实验，我们该做的事情你不能够干扰我们。”

刘登凯博士：尽管仅是技术验证，实现在火星上首次起飞已经很了不起。实现了首次起飞，相当于“机智”号成为了“先锋”。打个比方，以前打仗的时候，不可能坦克车跑来跑去，也不可能大的车子跑来跑去，一定是前面找一个侦察兵，先看看情形怎么样，在观看情形都好了以后，然后你才能按照战术开过去。这时候就起到一个“先锋”的作用。

同样的，将来我们可以多运用这种直升飞机的想法，然后先行让直升飞机看地形，因为勘测地形可以从高度来观测，看完这些以后，科学家如果觉得还不错，才方便我们的火星车开过去，这就使得我们未来火星观测会有很大的机动性。

刘登凯博士：还要飞好几次。那么这些飞行试验，是否能够完全适应火星上的环境，飞行是否能够顺利进行执飞，这些都是未来宝贵的参数。我们下次再做直升机的时候，是不是做得更好一点？这就要看将来的发展如何了。如果真的飞得好的话，说不定还可以真的可以用它来做“侦察兵”。但是这是后来的事情了。

刘登凯博士：我觉得全世界都对太空探索产生了兴趣，当然也包括中国。目前为止，探测器成功登陆火星的还只有美国。但是我希望将来中国也会登陆成功，我非常希望，也相信中国能够登陆火星。因为中国的航天器在月球上可以登陆，并成功取样返回，在火星上应该可以说成功的几率是相当大的。

刘登凯博士：我觉得很好，全世界人都在探索太空领域方面，大家可以互相的合作，也可以互相“较劲”，这都没有关系，太空领域这么大，对于我们人类来讲的话，无论哪个国家取得了进步都是了跨一大步。