登上火星的无人机，用了哪些老底子技术？

原创 好奇君 好奇实验室

美国时间2月18日，重达一吨的“毅力号”火星车成功降落火星表面。

这次“毅力号”的主要任务就是采集火星岩石标本，还要寻找外星生命，并且首次使用麦克风录下火星的声音。

但是，“毅力号”最让人兴奋的实验，就是将在这颗红色星球上放飞人类第一架外星无人机——“机智号”。

它的第一次飞行时间仅持续约20秒，但这是一个历史性的时刻，就如同莱特兄弟的第一次飞行，按照计划“机智号”将在火星上进行5次试飞。

那么，人类首架火星无人机，又有哪些黑科技？

这就是“机智号”，体重1.8公斤，平时就藏在火星车的机腹中。

工程师预先设计了一个指令集，预装在“毅力号”上，由火星车对无人机进行指挥控制。

所以，这次“机智号”并不会离火星车太远，设计的飞行测试，范围都不超过50米，时间也在90秒之内。

它这次的主要使命，就是验证无人机在火星环境中飞行的可行性，为今后的第二代无人机积累经验。

无人机采用了手机同款芯片

别不相信，人类的第一款火星无人机，采用的芯片就是你的手机同款。

而且，还是2014年的高通芯片——骁龙801（28nm制程）。

当年采用这款芯片的旗舰手机大约是这样的：

索尼Xperia Z2

OPPO Find 7

锤子手机

小米4手机

是不是很意外，先进的火星无人机居然采用了7年前的老旧芯片。

原因是什么？因为无人机有重量限制：1.8公斤左右，并且对实时数据处理要求很高，包括飞行时的姿态控制、图像处理等等任务，而目前火星车上采用的成熟产品不能满足要求。

啥！航天军工产品难道不是采用最高精尖的技术吗？这你就有误会了，其实航天器使用的设备，都会偏重成熟稳定型号，以保证设备的完好率。

比如上一代火星车“好奇号”电脑的CPU，采用的就是“老祖宗级”的处理器：IBM的PowerPC 750，150nm制程，最高主频200MHz，和现在最新的CPU，动辄3、4G的主频，那是差了好几代了。

所以这次NASA选定了的骁龙801处理器，虽然比不上目前最新的骁龙888处理器，但是计算能力比“毅力号”火星车用的处理器，还是要高好几个数量级。

如果放在几十年前，手机处理器、传感器、摄像机、陀螺仪等都还没有被发明出来，造这么一个轻量级无人机几乎是不可能完成的任务。

除了处理器，“机智号”无人机上的导航设备，包括惯性测量单元、激光测距仪等设备，也都是用普通的民用级硬件。

当然这些民用配件能不能和航天产品一较高下，等“机智号”一上天就会见分晓了。

为什么要派无人机？

自从1964年首个探测器——水手4号，飞掠火星并传回22张火星照片，人类第一次近距离看到了火星表面的样子。

到1976年7月20日和9月3日，孪生兄弟海盗1号和海盗2号，相继踏上火星地表。

海盗1号拍摄的火星表面

再到1997年，火星探路者号带着人类第一辆火星车“旅居者号”登陆火星。

几十年来，人类对火星的探测几乎贯穿了整个人类航天史，但是这些火星车都有一定的局限性。

发射到火星表面的火星车拍到的图像分辨率是很高，但就是腿太短，移动距离有限，“越野”能力不足，无法进入山谷、坑道、悬崖等复杂地形作业。

比如第一辆登陆火星的“旅居者号”，仅移动了约100米。

“好奇号”火星车

我们最为熟知的“好奇号”火星车，迄今为止已运行了8年，才累积行驶了 22 公里，算一下速度还没有蜗牛爬得快。

于是，工程师就想了一个办法来扩展火星车的视野——无人机。

还有哪些黑科技？

给火星车配一个无人机，其实这个点子不难想到，真正的难点在于：怎么把它造出来？

了解飞行的人都知道，飞机能够飞起来，是因为空气提供了升力。

火星表面的重力只有地球的1/3左右，看起来似乎对飞行很友好，但火星有一个致命的缺点：大气很稀薄，只有地球的1%，在火星上获得起飞所需的升力是非常困难的。

图片：图虫创意

这相当于在地球上3万米以上的高空起飞，我们生活中最常见的那种航拍无人机，最大飞行海拔6000米左右。因此根据地球空气动力学设计的飞行器在火星上都飞不起来。

如果想在火星上起飞，飞行器必须是超轻的，而且螺旋桨的转速要非常快。

战斗机突破音障

但是螺旋桨也不能转太快，因为随着速度的增加，当接近音速时，会出现一股强大的阻力，使飞行器产生强烈的振荡，这个现象俗称为音障。

顺便提一下，火星的音速是 240m/s，比地球上还要慢三分之一，所以无人机叶片的转速被限制在每分钟 2400 转。

毅力号与机智号个头对比

限制转速，又要有足够升力，工程师团队就把重量限制在1.8公斤左右，顶部安装了四个碳纤维叶片，还有一个太阳能电池板。

NASA 为此还建立了巨大的模拟测试室，创造了一个完全真空的环境，模拟无人机在离开地球之后可能面临的各种极端情况。

在最初的几次测试中，工程师们发现，由于无人机的叶片比较细长，测试时飞机总是不停摆动。

为了解决这个问题，他们把螺旋桨的叶片做得非常硬，比地球上的无人机要硬很多。

最终，“机智号”实现了在-90℃的模拟火星环境下正常工作，水平移动的速度为10米每秒，爬升速度为3米每秒。

我们的“天问”怎么样了？

2020年，人类向火星发射了希望号、天问一号、毅力号三个探测器。

天问一号成功发射

随着“机智号”这几天要开始的火星飞行之旅，我们的“天问一号”，也将在今年5、6月左右进行着陆。

为什么率先到达的天问一号，还要在轨道等三个月呢？因为我国首次火星探测任务，一次要完成“绕、着、巡”三个任务。

天问一号

2月10日，天问一号顺利进入大椭圆环火星轨道，实现了第一步“绕”的目标。后续天问一号还将经过多次轨道调整，进入火星停泊轨道，探测预选的着陆区，并将在今年5、6月左右择机登陆。

2021年的火星，注定不寂寞！

原标题：《登上火星的无人机，用了哪些老底子技术？》

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