2021 年 4 月 19 日這天，美國國家航空航天局(NASA)再次創造了歷史——在寒冷陌生的火星上，一架來自地球的直升機順利起飛!
北京時間 2021 年 4 月 19 日 18:15 左右，NASA 直播開啟，首架火星無人機「機智號」(Ingenuity)首次飛行的數據傳回地球并公布。
NASA 官方直播一開始，畫面中便是任務控制中心人員等待數據的場景：
在等待數據的間隙，NASA 通過一段視頻回顧工程團隊幾年來的努力，并致敬了萊特兄弟。
在 NASA 眼中，此次火星試飛直升機的意義不亞于當年萊特兄弟的首次試飛。
項目經理 Mimi Aung 在直播中介紹，現階段團隊有這樣 3 項目標：
在地球上驗證直升機火星起飛的可能性;
真正實現在火星起飛;
確認試飛成功，根據相關數據進一步規劃未來的工作。
因此她表示，今天團隊所獲取的數據相當關鍵。
終于在幾十分鐘后，機智號數據傳來，工程團隊確認首飛成功!
這是機智號上的導航相機拍到的在火星表面的影子：
這是毅力號探測器拍到的在火星起飛的機智號：
團隊成員興奮地表示：
It's real! It's real! It's so amazing! (這是真的，太棒了!)
NASA 首架火星無人機如何飛?
2020 年 7 月 30 日，美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地 41 號發射場，搭載著毅力號火星車(Perseverance Rover)的宇宙神 5 號火箭發射升空。
在經歷了近 7 個月的長途旅行之后，毅力號探測器終于在北京時間 2021 年 2 月 19 日凌晨順利登陸，到達位于火星北緯 18 度、西經 77 度區域的杰澤羅隕石坑(Jezero Crater)。
毅力號探測器被稱為是“可移動的實驗室”，在它的諸多載荷中，最受關注的或許就是機智號了。
附著在毅力號探測器下方的機智號，原本被一個防護罩保護著。3 月 21 日，即探測器登陸火星的第 30 個火星日(一個火星日約為地球上的 24 小時 39 分 35 秒)，機智號的防護罩被拋棄，機身顯露出來，總算在火星上首次亮相。
實際上，拋棄防護罩僅僅是機智號正式啟動試飛環節的第一步，隨后還經歷了這樣幾步：
機械手釋放機智號，兩只著陸腳展開;
通過馬達旋轉，機智號進入垂直鎖定狀態，另外兩只著陸腳展開;
機智號保持被懸掛在毅力號下方的狀態，同時開始通過太陽能板的 6 塊鋰電池給自己充滿電;
選好一塊 10 米乘 10 米的、較為平坦開闊且無障礙物的“停機坪”，將位置擺正在“停機坪”正中央。
值得一提的是，上述幾步看似簡單，實則會持續好幾個火星日，原因就在于機智號每做一個動作都會被拍下、傳輸給地面，經工作人員確認后才能進行下一步，而火星和地球相距遙遠，存在通信延時。
在火星上試飛究竟難在哪里，機智號機械工程師 Taryn Bailey 表示：
由于火星大氣密度不足地球的 1%，相比在地球上控制一架無人機起飛，在火星上實現起飛相當困難。
幸運的是，機智號順利完成了任務：直升至火星表面上方 3 米左右高度，并在適當位置懸停 30 秒鐘再旋轉，隨后緩慢降落。
具體而言，螺旋槳轉速在 12 秒內從 0 達到了 2500 轉/分鐘，僅用 6 秒飛行高度就超過了 3 米。
NASA 首架火星無人機強在哪?
早在 1903 年 12 月 17 日，萊特兄弟首次試飛了一架完全受控、依靠自身動力、機身比空氣重、持續滯空不落地的飛機，也就是世界第一架飛機「飛行者一號」。
此次工程團隊也對「飛行者一號」做了致敬——機智號攜帶了一塊郵票大小的來自「飛行者一號」的布料。
自然，這架耗資 8500 萬美元的無人機，不是只會“賣情懷”。
機智號重 1.8 公斤、高 0.5 米、螺旋槳直徑 1.2 米，由兩個反向旋轉的螺旋槳提供升力，功率 350 瓦。
值得關注的是，正因為火星大氣密度不足地球的 1%，工程團隊才盡可能將機智號做得足夠輕巧，比如直徑 1.2 米的螺旋槳(其轉速能夠達到 2277 轉/分鐘以上，保證機智號平穩實現任務)是由輕質碳纖維泡沫材料打造而成。
正所謂“麻雀雖小五臟俱全”，機智號所配備的設備很是齊全：
充電方面，通過頂部的太陽能板實現，充電一天大概可飛行 90 秒。
導航方面，通過相機跟蹤估計速度實現視覺導航。
配備高通驍龍 801 處理器、高通飛行控制面板以及 Linux 飛行控制系統。
此外也有慣導、激光測高計、傾斜計、加速度計、陀螺儀等設備。
另外，其設計規格符合航天器標準，可承受火箭發射過程中產生的重力和振動，同時還配備了抗輻射系統，在嚴寒的火星環境中也可正常運行。
當然，即便 NASA 為了這架小小的無人機投資了約 8500 萬美元，它本質上還是一款技術展示設備。
此前 NASA 曾介紹：
機智號將在火星車著陸后的 60-90 個火星日后進行為期 30 天的飛行穩定性測試，預計最多飛行 5 次，每天飛行不超過 3 分鐘，每次航程最遠 300 米，最大高度 5 米。
也就是說，接下來機智號按計劃還將進行最多 4 次試飛。接下來其試飛難度、復雜程度也會逐步提升，比如嘗試更高的飛行高度、最終飛到別處等等，團隊接下來幾天也將陸續公布關于首次試飛的更多數據。
不難看出，深空探測絕非易事。
可以說，機智號為行星探測直升機的研發邁出了重要的第一步，機智號項目經理 Mimi Aung 表示：
這是發生在另一個星球上的“萊特兄弟時刻”。
未來，無人機與軌道飛行器直接通信或將成為可能，而 2021 年 4 月 19 日的首飛，則是一個偉大的開端。
