大氣壓只有不到地球的1％，那無人機在火星是如何飛起來的？
in 行業新聞 by zhoushuang
你能想象嗎？無人機出現在火星的上空了！要知道，火星的起飛條件十分苛刻，讓無人機在火星飛起來并不是一件容易的事，那么火星無人機到底是怎么順利升空的呢？因為火星是與地球最近的一顆類地行星，結構和地球非常相似，所以人類一直都在對火星進行探索。即使火星和地球有很多相似之處，但還是有很多地方與地球大相徑庭，因此在火星上的探究也絕非易事，就單單以大氣壓而言，僅僅只是地球的0.6%，如此低的大氣壓會不會影響火星上的飛行物呢？我們的火星無人機能不能在火星飛起來呢？此外，火星的大氣層與我們地球的大氣層相比要稀薄得多，僅是地球的1%，那造成的原因是什么呢？首先是火星的質量，它的質量僅是地球的11%，較小的質量直接導致火星的引力不足，不足與提供對大氣層中分子的束縛力，從而分子可以向外太空逃逸，導致大氣層稀薄。接著是大氣層自身的組成，其成份主要是二氧化碳，進而導致了火星表面的大氣壓只有600帕，這是什么概念呢？地球的一個標準大氣壓就有101.3千帕了，火星的大氣壓僅僅只是地球大氣壓的0.6%。間接導致了火星的大氣層高度達11.1公里，比地球高出于2.6公里。且當隨著高度的上升，壓力會隨之下降，這說明了火星上空的壓力會比地球的更加低。除此之外，還因為磁場力弱，火星所處在太陽風環境中，正好太陽風里含有大量的高能帶電粒子，要是火星的磁場力足夠強，則只些帶電粒子只會在沿著磁場的軌道到達極地，但是火星的磁場力不足與把這些帶電粒子束縛在應該的軌道里，所以這些高能帶電粒子就會雜亂無章地轉移，并有很大的可能與大氣層里的帶電粒子進行碰撞，從而使這些帶電粒子獲得可以逃離火星束縛的動能，進而逃逸到外太空，這樣大氣層就更加稀薄了總而言之，壓力極低，質量過小、磁場力弱導致了大氣層稀薄，那么為什么大氣層稀薄會導致火星上的無人機難以飛起來呢？因為壓力低空氣稀薄，沒有足夠的氣體流形成壓力差，螺旋槳煽動的氣流不夠大，產生的空氣浮力不夠，不能提供足夠的上升力，所以無人機難以在火星上起飛?；鹦堑钠痫w條件雖然是不夠理想的，但我們還是可以做到讓無人機起飛。在今年的2月美國“毅力”號火星車登錄后，其搭載的無人機“機智號”在4月19日也成功實現了首飛。在升空過程，“機智號”在短短的12秒內將螺旋槳的轉速提升到2400轉/秒，是普通無人機的5倍。升空后，“機智”號的飛行高度達到了3米，在空的停留時間達到了30秒，雖然并沒有在水平方向有所移動，不過能順利升空已經是人類開始征服火星上空的第一步了。“機智”號的順利升空，得益于它的設計，首先就“機智”號的外形分析，據報道稱，“機智”號的主體僅有一個紙巾盒的大小，重量僅為1.8千克。為了可以提供足夠的上升力，在構型上不能采用傳統的多軸構型，只能采用共軸反漿直升機構型，它的旋翼是采用最先進的技術制造的，這個旋翼包含有2個轉子、4個葉片，每個葉片長1.2米，每個葉片均采用碳纖維材料制造，薄如蟬翼，輕如鴻毛，同時在葉片的數量上進行改善，因為過多的葉片不利于轉速的提升；所以葉片的數量就縮減到了4片，這樣的設計不僅減少了“機智”號的重量，還能讓轉子的轉速得到提升，最終能讓起飛可以順利地進行。除了從構造方面進行改造，還從轉子的轉速方面進行提升，只要把轉速提升到足夠快，其所帶動的氣流量就可以提供讓無人機順利起飛的上升力。對此，不僅要求轉速達到足夠快，還要要求轉速需要在短時間內達到需要的轉速。因為在最短的時間內讓轉速達到最高，這是可以節省部分“機智”號起飛需要的能耗。因為“機智”號采用的電池是鋰電池，電容量和我們日常生活的充電寶差不多，每次飛行90秒，就所需一個火星日，即24.62小時進行充電，所以節省能耗極為重要。在無人機飛行的時間段也有要求，需要在中午11點左右的時候進行起飛，因為火星上的溫度特別低，夜間溫度低至零下83℃左右，日間溫度最低也到零下22℃。這個溫度對鋰電池特別不友好，所以“機智”號在中午11點左右完成飛行任務之后，馬上進行充電，不然極低的溫度會損傷電池，甚至毀壞電池?；鹦巧系拇艌霾粌H弱，還雜亂無章，也不像在地球上擁有GPS定位系統，所以“機智”號不能提供磁羅盤了定位，只能依靠自身攜帶的流光攝像機，通過攝像中的參照物進行定位。無人機在火星上飛行并不是只有不利的條件的，因為火星的引力很小，只有地球的三分之一，所以無人機并不需要消耗太多的動力來克服火星的引力作用。值得一提的是，“機智”號自帶的相機可以在一秒鐘中內完成30次拍攝。短時間內的大量拍攝可以讓飛行時間較短的“機智”號獲取更多的照片資料，這有利于對火星的研究。人類對太空的探求一直都在前進著，而這次的無人機在火星的首飛成功只是探索火星的一個開始，“機智”號研發小組一直都認為自己是探索火星的“萊特兄弟”，首飛只是一個開端，接下來的“機智”號將繼續執行4次左右的飛行任務。飛行的目標是飛行高度達到5米，平行引動的實驗距離可以達到50米。如果“機智”號可以成功達到這些目標，那么“機智”號將就此開啟它的“火星探險之旅”。企業簡介吉林龍航無人機科技服務有限公司，成立于2016年2月，公司是一家以無人機研發生產、民用無人機駕駛員培訓、無人機行業應用服務、青少年航空科普教育為主營業務的《國家級高新技術企業》，現在長春和沈陽擁有超過100萬平米專用無人機飛行空域、2000平米無人機實訓教室、獨立的無人機運營中心和無人機技術服務中心，超過100架的各類型無人機，可滿足各行業的無人機培訓及應用需求。公司始終秉持“專注務實、拼搏進取、誠信共贏”的經營理念，一直致力于為各行業培養優秀的無人機技術人才及提供優質的無人機解決方案，現累計培訓人數超過2000人，服務行業涉及公安、應急、消防、交通、電力、水利、氣象、環保等領域，現合作單位包括：吉林省公安廳、吉林省消防救援總隊、吉林省交通廳、吉林省水利科學研究院、國網吉林省電力有限公司等100余家，合作院校包括：吉林科技職業技術學院、吉林省東北亞教育集團有限責任公司、吉林水利電力職業學院、吉林省勞動技術學校、遼源職業技術學院等20余所。 未來我們將繼續努力，不斷研發滿足各行業需求的無人機產品、創新無人機服務、培養更多的無人機專業技術人才，堅持新發展理念，為加快推進新時代吉林全面振興、全方位振興貢獻我們的專業力量。吉林省無人機實訓基地：長春市卡倫經濟開發區老街3555號吉林省無人機運營中心：長春市凈月區阿里云創新中心1401室 吉林省無人機技術服務中心：長春市北湖經濟開發區盛北大街3222號遼寧省無人機培訓基地：遼寧省沈陽市法庫通用航空產業基地。編輯：周佳慧審核：周 爽掃碼關注我們