火星上發生了人類第一次“空難”,而且,是她自己飛起來摔下來的。
說的就是Ingenuity——NASA送上火星的“小直升機”,只有0.68公斤,是火星空域唯一合法飛行器。
原計劃飛30天,飛五次。最後飛了三年,飛了72次,第72次摔毀。
她怎麼上的火星?綁在毅力號底下,2021年2月18日,毅力號著陸,Ingenuity落地,這才是她的Sol 0——火星第零日。
拆開線纜,地球人第一次試圖在另一個星球飛行。火星大氣只有地球的1%。空氣太稀薄了,升力幾乎沒有,要想飛起來,唯一辦法就是瘋狂轉動槳葉——每分鐘2400轉,打個比方,相當於一根縫衣針在天上狂扇風。飛起來,靠的是設計極限。
更誇張的是,Ingenuity大部分零件不來自航天工業,而是我們熟悉的“地攤貨”:主控晶元來自Galaxy S5,導航模組是Pixel 3的IMU,電池是電鑽同款,攝像頭是安卓級別的1300萬像素。
NASA最初根本不看好。連項目科學家都明說:這是科學任務上的干擾物。
但飛起來了。
2021年4月19日,Ingenuity升空,飛行39秒,創造歷史。人類首次在地球外星體起飛。
前五次飛行輕鬆完成,NASA決定轉正。新任務是給毅力號探路——當偵察兵、拿照片、避地形、找化石,成了火星地表最靈活的“無人機編隊”。
但問題是,火星飛行完全靠視覺導航,不能用GPS——火星只有7顆衛星,不足以定位。導航相機是唯一“眼睛”,每秒拍30張圖,即時比對地面特徵,計算位移,原理和光學滑鼠差不多。
而圖像識別演算法的上限,直接決定了她的飛行極限。飛慢了還好說,飛快了就容易出錯。
第六次飛行就是個大坑。導航系統錯亂了。
因為一幀黑白圖和一幀彩圖同時進來,系統丟了黑白圖,所有定位都錯位一幀,導航開始錯覺“我落後了”,然後強行加速,一路震蕩,左右狂擺,20度傾斜,眼看要失控。最後靠機載應急機制自動降落,撿回一命。
但真正考驗才剛開始。火星進入冬天。夜間零下85度,加熱器靠電池過夜,一晚上消耗掉大半電量。塵暴來襲,太陽被擋,電量補不上,塵埃又卡住了關鍵舵機。NASA的應對方式也很“原始”:搖一搖,反覆運動部件,震掉塵埃。
成功了。
但是,2022年5月3日,她突然失聯。團隊瘋狂排查,最後判斷:電量過低,徹底斷電,連內部時鐘都歸零了。而她的喚醒機制只靠“定時”,沒有接收到地球信號,就會一直沉睡。
他們重新計算了太陽照射恢復電量的時間,換了呼叫視窗。
果然,在11:45火星時間,Ingenuity醒來了。一切幾乎都還活著。除了一個——傾角儀。這是飛行前判斷姿態的核心儀器,關鍵到什麼程度?你在跑道上歪個10度,起飛就可能撞山。
但她沒法修。怎麼辦?
NASA想到個辦法:用IMU代替傾角儀。IMU里有加速度計、陀螺儀,理論上也能判斷姿態。而這個IMU,不是別的,就是Google Pixel 3手機里的。替換成功。
又飛了幾十次,最高飛到24米,最快飛到10米每秒。她也遇到宇宙射線攻擊,邏輯位反轉,但從未因此失控。這一點,甚至改變了NASA的思維方式:商用晶片,並非不能上天。有時候,買一批便宜晶元挨個測試,反而比燒錢造軍規品更穩。
然後是第71次飛行。Ingenuity需要飛越一片沙丘,到達Bright Angel地形點與毅力號匯合。起飛10秒,導航丟失,系統緊急降落。但還好,她沒事。
於是第72次飛行排上:一個“上升—拍照—下降”的簡單任務。但降落時又出現導航失效問題。她撞地了。毅力號過來拍到照片:槳葉斷了,但其他結構還在。NASA分析發現,是進動力矩+槳葉預變形導致的斷裂。
旋翼受到垂直衝擊時,由於旋轉存在滯後效應(陀螺進動),受力集中在槳葉靠近連接點處——正好是結構最薄弱的位置。
那是她的死穴。
不是系統崩潰,不是能量耗盡,而是硬結構撐不住。而她當時飛過的是沙丘,地表沒有足夠多的“視覺錨點”,相機無法對焦,導航錯誤加劇,斜衝著落地,觸發槳葉斷裂。
真墜機。
火星航空史上第一次飞行事故。也是第一次事故調查。NASA並沒有讓她“完全退休”。
現在,她成了一座臨時氣象站:拍照、測溫,繼續報數。
與此同時,下一代火星直升機“Chopper”已在設計中。六旋翼,自帶軌道通訊模組,不再依賴毅力號,無需“吊車”降落,能自帶火箭推進器空中脫離平臺,自主降落。
目標很明確:火星機場、火星空域、火星航線、火星機群。而開啟這場“火星航空革命”的,是那個被NASA看不起的小破風扇。
Ingenuity,最後一跳,摔斷了自己。但她已經飛了72次,跑了兩年半,經歷沙塵暴、低溫、卡頓、丟幀、系統自救、零件更換,還靠手機零件飛進了航太史。