“机智”号火星直升机，随着“毅力”号火星车一起登陆上亿公里之外的那颗红色星球，然后转动旋翼，实现人类首次在外星上的空气动力飞行，具有里程碑意义。迄今为止，它在火星上超期进行了12次飞行，合计时长约1309秒，总飞行距离约2523米，可以看出，它的活动范围比火星车大多了，优势明显，因此有人感叹，要是我们的“祝融”号也有自己的火星直升机就好了。现在，梦想真到了即将实现的那一刻。

火星直升机机智号

据媒体报道，我国“火星地表巡飞光谱探测关键技术研究”近日通过验收，已经完成了微型光谱仪、火星地表巡飞光谱仪系统、以及它的等效测试等研究内容，研制出了火星巡飞无人机和微型光谱仪原理样机，这意味着我国后续火星探测也可能装备自己的“机智”号。

我国也要研制火星直升机？

不过，从图片上看，我国的火星巡飞无人机与NASA的“机智”号外形非常相似，共轴大尺寸双旋翼、四足支撑式起落架、方盒形机身主体，以至于又有人想起“仿制”、“山寨”这样的词汇，那么它为什么要采用这样的构型呢？

机智号的结构

实际上，NASA当初在研制火星巡飞无人机的时候，也考虑过固定翼设计，甚至还有仿生扑翼机，它们虽然具有飞行距离远、升力好的特点，但在火星崎岖不平的表面降落之后，很难再次起飞，而且操控的不稳定也会让它变成一次性用品，因此可以原地起降和降落的无人旋翼机才是火星荒野上的最佳选择。

当初不是没考虑过固定翼，但没法再次起飞

不过，虽然确定为旋翼机方案，但也有普通的主桨尾桨直升机构型，以及类似“大疆”那样的多轴飞行器方案可供选择，特别是“大疆”，我们还具有主场优势，为什么非要和“机智”号一样，采用共轴大尺寸双旋翼设计呢？

不能用大疆无人机吗？

这就与火星的大气环境息息相关了，因为火星的大气层密度只有地球的1/100，平均地表气压在6百帕上下波动，相当于地球35000米高空，而目前直升机在地球上的最高飞行记录只有12441.94米，即使是“大疆”无人机，也不可能飞到这样的高度，多轴飞行器的旋翼面积太小，所以这两个构型是行不通的，剩下唯一的选择就是参考“机智”号的设计，而不是乱创新，或者叫标新立异。

机智号就是唯一旋翼

首次在火星上飞行的机智号

“机智”号虽然不大，重量只有1.8千克，但是它的旋翼直径竟然有1.2米长，全部采用碳纤维泡沫芯材质制造，重量非常轻，而且转速非常快，每分钟超过2400转，翼尖速度接近0.7马赫，而且还采用了共轴反转双旋翼设计，增加升力，所以才能在火星稀薄的大气层重自如飞行。

机智号的真实尺寸

不过，“机智”号最为关键的技术，是它的动力系统，它的能源完全来自头顶那么小的一块太阳能电池板。而火星上的太阳光照度又比地球上要微弱很多，“机智”号要将这么一点太阳能以最高效率转换为电能，然后充入机体内的一组2Ah索尼锂电池力，再驱动螺旋桨以0.7马赫的速度转动，怎么听都是挑战极限的事情，怪不得这样一个“小不点”，研制费用竟然要8000万美元。

机智号的关键在那块太阳能电池板

机智号的太阳能电池板

其实，如此高效的动力系统，美国是有过先例的，比如波音公司研制的“扫描鹰”无人机，机长1.2米、翼展3.1米，空重12千克，最大起飞重量18千克，跟发烧友玩得航模差不多，但航模一般只能飞半个小时，而“扫描鹰”曾创造过一次飞行28小时44分钟的纪录，可见它的动力系统有多么强大！

扫描鹰无人机能飞28小时44分

之所以说这样的题外话，意思就是动力系统才是决定我们的火星直升机成败的关键。当然，如果搞不定如此极限的动力系统，还有一个选择，那就是采用核动力。对，你没听错，就是要研制一款核动力无人直升机，让它在外星球上飞行。

能不能研制一款核动力直升机？

而在这方面，美国也已经开始行动了，NASA正在研制一款共轴式八旋翼布局的无人飞行器“蜻蜓”，采用同位素温差电池驱动，也就是广泛意义上的核动力，准备在2026年4月将它送往土卫六，也就是泰坦星上。

NASA正在研制的蜻蜓号技术验证机真实图片

蜻蜓号在泰坦星上的效果图

而这样的核动力无人直升机，是否也可以应用在火星上，需要我们的科学家们进行大量的研究。不过，核动力飞行器虽然能量强大，但重量也大，比如“蜻蜓”号重约450千克，比“机智”号火星直升机重250倍，比我们的“祝融”号火星车都差不多要重一倍，它能飞起来的关键，是泰坦星的大气层比地球还要稠密。如果换成火星，绝对飞不起来，除非造300米长的旋翼。

飞行中的蜻蜓号想象图

所以说，无论火星直升机，还是泰坦星直升机，关键都在动力系统上，而动力系统并没有完美的，同位素温差电池（核动力）重量太大，太阳能电池板效率低，充电时间太长，我们的火星巡飞无人机，必须在动力系统上发力创新，至少要赶上“机智”号的水平，才能走向成功。

机智号在火星上试飞

机智号和毅力号