一、NASA在火星车装了无人机，将在火星上飞行，无人机在外太空是怎样飞起来的？
因为火星上也是有大气层的，所以利用风力也是可以飞行的。
二、直升机真能在火星上飞吗？若成功，NASA载人火星探测计划将提速
上月底，在位于美国佛罗里达州大西洋海岸中部的卡纳维拉尔角空军基地，一艘巨大的阿特拉斯 v型运载火箭将“火星2020探测器”发射到了天空中，开始了这辆航天器为期7个月的太空之旅，其目的地就是那颗最为地球人所津津乐道的红色星球——火星。
▲一种早期的火星直升机设计方案概念
自从nasa真正开始进行地外行星的探测工作以来，在其他行星的大气层内进行飞行的想法就一直在nasa科学家的脑海中酝酿和发酵，从最初的大致概念到最终“火星直升机”的问世，其间经历了半个多世纪之久。事实上，在地外 探索 的早期阶段，科学技术远不如当下，这直接导致nasa的科学家们只能“空想”，而没有任何办法真正去尝试设计和测试。这种情况一直到过去的十多年来，才发生了改变。
可以说， 先进材料和计算机技术以及自主飞行控制技术这三大关键技术的发展，使得nasa的科学家有了打造一种“真正的地外航空器”的底气。
▲正在进行测试的火星直升机
不过，话说到底，基础技术是有了，能不能真的飞起来还是另外一回事，nasa科学家还面临着最后一层，也是 最重大的障碍 ：火星大气密度极其稀薄，从量化的指标来看，其平均空气密度仅有地球大气层密度的1％，要在这种密度下实现飞行，大概就相当于在地球上海拔3万多米的高空飞行。这意味着在火星的表面，几乎没有空气可以产生足够的升力来托举起一架航空器实现飞行。
越大的挑战反倒越能激发某些热衷于挑战的科学家们的兴趣 ，但是他们在早期似乎走错了方向。如果考虑到世界上第一架真正能够飞行的固定翼飞机要比直升机早出现三十多年的话，你可能不难理解为什么nasa的科学家们一开始会把全部的注意力都放在固定翼飞机这一类航空器上。
但是当他们无数次建立又推翻自己的设计方案之后，忽然在某个时刻，某位科学家突然“灵光一闪”，抛出了这样一个“突破性的观点：
”好吧，为什么我们不试试直升机呢？“
当然，最开始没有人特别认真对待这个想法，如果空气动力学特性简洁明了的固定翼飞机都不行的话，凭什么结构复杂的直升机会真的有效呢？就火星的大气密度，真的能够让一架直升机获得足够的升力？
但是，有一部分听到这个”异想天开“的想法的nasa科学家们很快就动手进行了几个经验公式化的快速计算，然后他们得出了一个”惊人“的结果： 尽管只是勉强达标，但似乎一架特别制作的直升机真的能够从火星大气中飞起来 。
▲”火星直升机“在火星表面飞行的艺术渲染图
随着nasa团队对”火星直升机“概念的 探索 逐渐深入，他们也渐渐认识到这确实是一个非常可行的想法。为此，他们开始考虑各种各样的设计，包括类似于大疆无人机的四轴飞行器和其他几种多旋翼飞行器，以及更常规的单旋翼带尾桨构型的直升机。
然而在最终的设计采取了配备有 共轴反转双旋翼设计的直升机 ，这种共轴主旋翼设计的直升机最常见于苏联（俄罗斯）卡莫夫设计局的作品中，其中两副旋翼上下安装在同一根主轴上，转向相反，以此来平衡两者之间的反扭矩。
这架共轴构型的”火星直升机“高约49公分，重量不到1.8公斤，可谓相当轻巧，nasa科学家们将其命名为 ”机灵“（ingenuity） 。麻雀虽小，五脏俱全，尽管”机灵“个头很小，不过仍然是一架实实在在的无人直升机，各种机载设备一应俱全，能够耐受火星上的恶劣自然环境，且其主旋翼设计能够在火星超稀薄的大气层中运转，为其自身提供足够的升力。
▲”机灵“直升机顶部装备有太阳能电池板，能够为该机的电池提供续航能力
除此之外，nasa团队还需要考虑如何将这架直升机与 ”火星2020探测车“ 结合起来，这辆被命名为 ”毅力“（ perseverance ） 的探测车是美国执行2020年火星探测计划的主力装备，它将在火星上搜寻是否存在远古生命的证据，并收集岩石和土壤样本，并在最后的任务中返回地球。
▲”毅力“探测车和”机灵“直升机的合影，从图中也可以看出其尺寸量级上的区别
▲测试中的火星直升机
为了将”机灵“直升机设计得尽可能轻巧，nasa的工程师们在设计中大量采用了复合材料设计，比如说其旋翼桨叶的材料采用了 碳纤维泡沫芯 。除此之外，他们在选择先进的微型计算机和航空电子元器件的时候考虑了很多”外部承包商“的产品。这些紧凑、轻便的电子元件基本上是不可能在nasa以往的航天器上看到的，但是为了尽可能降低”火星直升机“的重量，nasa的工程师们可以说也是”别无选择“。
▲观察火星直升机模型的旋翼桨叶设计，可以看出其桨叶外形和地球上的常规直升机有很大的差异
当然，在火星这种稀薄程度的大气层环境下，一架直升机显然不能只靠降低自身的重量就能够离开地面。”机灵“的另一项关键设计就是它的旋翼系统，我们知道，地球上直升机主旋翼的转速通常在每分钟400~500之间，但是”机灵“的旋翼转速达到了每分钟2800~3000转，几乎与地球上常规单旋翼带尾桨直升机上尾桨的转速相当。
此外，”机灵“的旋翼桨叶也采用了特殊的外形设计和低雷诺数翼型。这么说吧，如果你看到过直升机的桨叶，你就会发现”火星直升机“桨叶和你看到的所有直升机桨叶都不太相同，其桨叶更接近于一种厚厚的锥形，在桨叶根部，其展弦比大概是常规直升机的四倍之高，所以会显得”胖胖的“。
在”火星直升机“的桨叶设计中，还有一个需要考虑的重要因素就是其刚度。因为火星大气层的密度特别低，这样就意味着空气的阻力没有那么大，较低的气动阻力带来的另一个问题就是桨叶会存在较高的振动水平，为了降低这个振动程度，桨叶的刚度势必要设计得比较高。
▲科学家在实验室中模拟了火星的环境，然后对直升机进行了测试
而在高转速下， 这种新型桨叶也能够产生更大的升力 。
在搞清楚机理之后，设计一架”火星直升机“并将其打造出来对于现阶段nasa来说，并不算是一项多么有挑战性的工作，但是，要在地球上测试并验证这架直升机 ”真的能在火星大气中飞起来“ 是真正具有挑战的一项内容——nasa的科学家们需要找到一种方面来在试验室中复现火星上的独特环境。
nasa团队最后在位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的喷气推进实验室进行了测试，实验室是一座被称为 ”25英尺空间模拟器“ 的设施，这个圆柱形的设施目前已经接近其60岁生日了，但是”老当益壮“，在这里，工程师可以测试一些极端的空间条件，当然也可以模拟火星的环境。
▲nasa的科学家正在实验室中布置”火星直升机“，以便展开测试工作
该设施的空气可以被抽出来，其他各种气体都被泵进去，其温度可以从零下195摄氏度到93摄氏度之间进行变化，打光设备可以朝着任何正在测试的东西上面照射强光，从而复现那些没有类似地球大气层保护的星球上面的太阳辐射环境。多年来，各种各样的宇宙飞船和地外探测器都在这个设施中进行过测试，包括旅行者号、好奇号和毅力号。
▲在测试中的”机灵“火星直升机
从尺寸上来说，这个设施的直径略大于25英尺（1英尺≈0.3米，下同），高度约85英尺，也非常适合这种小型直升机的飞行测试工作。通过温度控制，该设施完全可以模拟出火星巨大的温度变化情况，比如说在夏季正午的15~21摄氏度的环境以及在冬季午夜的-107摄氏度的超低温。同时，该设施还有一面墙上布置了风扇阵列，可以复现火星上时不时可能出现的横风对飞行的影响。
尽管该设施能够模拟大部分火星表面的实际环境，但是有一个点是无法模拟的，那就是火星的重力 。考虑到火星的引力只有地球1/3左右，nasa团队最后采用了一种折中的办法，就是从天花板上垂下来一根绳子，一头挂住直升机，另一头安装了一个平衡物，由此来模拟实际的火星重力。
▲nasa的科学家们在实验室中对”机灵“直升机进行测试工作
2014年的时候，nasa制造出了第一架火星直升机原型机，那架原型机比现在的”机灵“还要更小，而且还没有安装自主飞行系统，而是由操纵人员在实验室之间进行遥控操纵。试验结束之后，nasa团队得出了一个重要结论：在他们的努力之下，这种”火星直升机“方案已经能够产生他们所需要的升力水平，但是 在模拟的火星环境下，这种飞行器的操纵非常非常困难。
▲图中所示为”机灵“火星直升机的保护壳，在完好登陆火星之后，该壳就会自动脱落被弃置
在这种情况下，2016年，nasa团队研制出了第二架原型机，这一次，该机配备了较为完善的微型计算机和飞行控制系统，其自主飞行能力有了一定的提升，至少能够实现特定条件下的自主悬停。两年后，nasa的第三架原型机诞生，这一次，其飞行控制系统更加完善，基本已经能在实验室环境中完成试验团队所要求的自主飞行项目了。
就现在来说，nasa最感兴趣的那些火星地形——陡峭的悬崖、奇形怪状的洞穴和岩石坑洼——很多都不能靠凭轮子在地面移动的探测车来到达。所以他们需要一种飞行器来对这些地点进行 探索 ，仅从科研的角度来说，这 些 探索 很有可能对了解火星的 历史 大有裨益 。
▲装有”毅力“探测车和”机灵“火星直升机的太空舱被放置在阿特拉斯5号运载火箭整流罩内
当然，截至目前，nasa团队的所有工作都是在实验室完成的，一架独特的专用无人直升机到底是否能够在顺利登陆火星表面、顺利起飞并顺利按照设计团队的构想在火星表面的独特环境中 实现自主飞行 都还是未知数。
▲登陆火星之后，”毅力“探测车将会驶离”机灵“直升机一段距离，以便其开机起飞
一旦”机灵“的所有科目都能顺利完成的话，大号的”机灵“2代直升机很有可能将会在下个合适的机会登陆火星，为进一步展开科学 探索 打下基础，并且，按照nasa的构想，他们甚至已经开始构思 有人火星探测器 的研发工作：想象一下， 一架无人直升机将为载着宇航员的地面探测车进行侦察和路线规划和行程管理，以使其能够在火星表面安全展开 探索 工作的场景 吧，而这项工作很可能会在后半个世纪正式展开。
三、太阳能飞机即将环球飞行？
零燃油、零排放、昼夜不间断飞行……
这说的不是未来，而是一款来自瑞士的太阳能飞机——阳光动力号。
12月08日，瑞士驻华大使馆，瑞士“阳光动力”项目发起人伯特兰·皮卡德和安德里·波许博格在京举行环球飞行媒体见面会，伯特兰宣布：2015年3月，‘阳光动力号’将首次踏上环球飞行的旅程，而且是零燃油、昼夜不间断飞行。
太阳能飞机大家可能不陌生，可是环球飞行，这还真是新鲜。我们禁不住想了解，太阳能飞机的发展已经到了一个怎样的阶段？过去有哪些经典的太阳能飞机？阳光动力号飞机环球飞行，困难和意义何在？
“太阳神”号无人飞机
太阳能飞机不是现在才有，上世纪八十年代就开始出现，曾经出现过一些经典的机型，比如“太阳神”号无人机。
为了执行大气研究任务，nasa和aerovironment公司共同研制了太阳神号无人机，耗资1500万美元。
飞机用碳纤维合成物制造，部分起落架为越野自行车的车轮，整架飞机仅重590千克，机身长2.4米，机翼全面展开时高达75米，比波音747的翼展还要宽。机身上装有14个螺旋桨，动力来源于机翼上的太阳能电池板。在早晨阳光不是很强烈时，“太阳神”装备的太阳能电池可以为飞机提供10千瓦的电能，使飞机能够以每秒33米的速度爬升。中午时分，电池提供的电能达到40千瓦，飞机的动力性能达到最佳状态，能以每小时30至50公里的巡航速度飞行。晚上，飞机则依靠储存的电能进行巡航飞行。
2001年，“太阳神”号在夏威夷飞行了10小时17分钟，爬升高度为22800米。研究人员预计“太阳神”号最高可飞到30000米高空。然而不幸的是，因为遭遇强湍流，2003年6月26日，“太阳神”在试飞时突然空中解体，坠入夏威夷附近海域。
泽弗太阳能飞机
泽弗是英国研制的太阳能无人机，翼展22.5米，重53千克，太阳能面板供电，并由两台450瓦的电动机驱动，巡航速度55千米每小时，升限超过2.1万米。
2010年7月23日，泽弗太阳能无人机持续飞行了336小时22分钟（相当于2周）。
阳光动力号更胜一筹
以上介绍的两款太阳能飞机，看上去都很酷，然而，跟阳光动力号比起来，它们有本质上的差别。
阳光动力号是有人驾驶的飞机，从难度上来说，这几乎要大一个数量级。不仅仅是在重量上增加一个飞行员的体重而已，还要加上为飞行员而设置的其他配套设施，比如厕所、食物、逃生系统等等。
为了实现驾驶太阳能飞机环球飞行，伯特兰和安德里准备了10年，并为该项目筹集了1.7亿美元，组建了超过90人的工程师团队。
2010年，阳光动力号实现不间断飞行24小时；2012年，实现了从瑞士到摩洛哥的跨洲飞行；2013年，安德里驾驶飞机自西向东穿越整个美国。现在，阳光动力号已经突破了时间上的限制，既可以飞行一天也可以飞行一周，甚至可以飞行一个月。
环球飞行途经我国
环球飞行不是持续不间断绕地球一周，因为这需要耗费几十天时间，机上的食物给养不够，最后是飞行员的体力也难以支撑。所以环球飞行期间，会中途停留。2015年3月，阳光动力2号将从阿布达比开始，在4至5个月的时间内，进行25天左右的环球飞行。两位飞行员计划在我国、美国、南欧或北非进行中途停留，并在2015年夏天飞回始发地。
途中最难的是飞越太平洋和大西洋，这个时候飞行员会持续飞行5至6天时间，这对飞行员的体力将是一个严峻的考验。为了能在睡眠时及时对危险做出反应，飞行员航空服的衣袖内，配备了振动报警装置。
另外，阳光动力2号巡航高度为8500米，此高度与珠峰接近，在这样的高度下，温度可低至零下40摄氏度。为了减轻重量，机身不能最大化地对驾驶舱进行隔热，这导致阳光动力2号机舱中一天的温度变化相当北京一年的温度变化。所以，环球飞行，不光是对太阳能飞机极限的挑战，同时也是对飞行员耐力的一种挑战。
意义何在
一些人对于阳光动力环球飞行不怎么看好，从功利的眼光认为，花如此大的代价进行环球飞行不值得，也没有多少实际意义，这是错误的看法。
安德里和伯特兰最初寻找飞机制造商合作时，所有人给予他们的答案都是这样的：“不可能制造出这样的飞机”。
而现在，他们成功研制了载人太阳能飞机，而环球飞行的本意是，希望向全世界证明，清洁技术在保护地球自然资源方面有着巨大的潜力，零燃油零排放飞行是可以实现的！
“我们所做的就是集成当下最好的技术，来看看我们到底能否摆脱化石能源的枷锁。”安德里在一次采访中这样说。
诚然，现阶段载人零油耗太阳能飞机还不会大面积商用，但是如果我们把目标定得稍低一些，你就会看到，变革其实已经来临。
2014年4月14日，当人们还在讨论facebook为何要染指航空业，打算花6000 万美元收购titan 航空时，不曾想，谷歌公司突然正式宣布，收购titan 航空。
titan 航空旗下有两款产品，还在设计制造中，分别是solara 50和solara 60，这两款飞机依靠太阳能获得动力，可飞到2万米高空，一次升空后能在高空飞行长达5 年时间，期间，飞机通过无线信号向无法享受有线和蜂窝网络的地方提供上网服务，另外在灾难救助、环境和气象监测等项目上也将具有重大的意义。
“你知不知道有一种鸟没有脚？它们一生只能在天上飞来飞去，飞累了就在风里睡觉，一辈子只能落地一次，那就是死的时候。”这是某文学小说里面的经典句子，也是某电影里面的台词，如今，它即将成为现实。
不管悲观主义者怎么不屑，有一些趋势注定是无法逆反和阻挡的：
一、光电转化率只会越来越高。
二、储能电池的能量密度只会越来越高。
三、材料变得越来越轻，且越来越坚固。
……
国际航空运输协会希望能在2050年时，实现飞行器的碳排放量为零。而太阳能飞机制造商“阳光动力”公司则预测，40多年后，能承载300名乘客的全太阳能飞机有望正式投入运营。
我们真心希望这一天真的能到来，早点到来。感谢安德里和伯特兰以及他们的团队所做的努力和贡献，祝愿他们明年的环球之旅顺利成功。
