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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：怎么让它飞起来？
火星表面的重力大约只有地球的 1/3 强（38%），看起来似乎很容易起飞，但有一点非常致命：火星大气的密度只有地球的 1%。由于几乎没有空气流动，在火星上获得起飞所需的升力是非常困难的，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。但螺旋桨也不能转太快，因为随着速度的增加，风险也会增加。
「没有直升机在这种条件下飞起来过——这大概相当于在地球 3 万米海拔上起飞，」NASA 喷气推进实验室技术组成员、火星无人机项目首席工程师 Bob Balaram 说道。「螺旋桨不能越转越快，因为它的尖端会接近音速，接下来就是超音速。我们并不想让它达到音速，因为这会加剧湍流效应。」
通常在移动速度接近音速时，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。即使是直升机旋翼的翼尖出现这样的情况也不好处理。顺便一提：火星的音速是 240m/s，比地球上还要慢三分之一。
此外，毅力号的设计团队还设定了无人机的尺寸，确定该探测器可以容纳一个叶片直径 1.2 米的微型无人机。
在弄清楚这些限制之后，NASA 喷气推进实验室（JPL）的工程师开始着手设计第一架火星无人机。
他们将无人机的重量限制在 1.8 千克左右，这得益于轻量级电子设备的进步。如果放在几十年前，轻量级电子计算机、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。
无人机的最终设计看起来像一只戴着复杂头饰的长腿蜘蛛。它的主体是一个盒子，盒子上伸出四条腿，使机身能够直立。
无人机的顶部安装了四个碳纤维叶片，还有一个太阳能电池板。这些叶片的设计转速可达每分钟 2400 转。对于无人机来说，这是极快的转速。相比之下，一架传统直升机每分钟的转速仅为 450 到 500。
Ingenuity 无人机和你的笔记本电脑差不多重，不知道里面承载了多少黑科技。
然而，无人机造出来只是成功了一半，重点是要确保它能在火星上飞起来。「除了设计，你还要考虑一个问题：『怎么测试？』因为之前没有人这么做过。」MiMi Aung 表示。
幸运的是，NASA 的 JPL 实验室配置了可以用于这项工作的巨大测试室。这是一个名为「空间模拟器」的巨大房间，它可以创造一个完全真空的环境，还可以模拟无人机在离开地球之后可能面临的各种极端气温。为了模拟火星大气，他们将空间模拟器抽成近乎真空的环境，然后再往里填二氧化碳，这样就得到了类似火星的大气密度。
除了大气，重力也是一个要解决的问题。为了模拟火星上的重力，工程人员给无人机系上了一根细绳。这根细绳及相关装置叫做 Gravity Offload System，可以提供向上的拉力。
在最初的几次飞行测试中，研究小组发现，测试无人机的叶片总是不停地上下摆动。由于叶片比较细长，这种摆动的倾向也发生在地面直升机上，但是厚重的大气减弱了这种影响。
为了解决这个问题，他们把螺旋桨的叶片做得非常硬，比地球上同等大小的普通直升机要硬得多。
该团队在各种极端条件下进行了数十次飞行测试，最低测试温度达到零下 90 度。测试完成后，他们将无人机折叠起来，放入了毅力号探测器。
在毅力号到达火星并找到合适的位置之后，它会将 Ingenuity 放出来，让它独立完成任务。
毅力号将 Ingenuity 放到火星表面后扬长而去。
2025-05-21 13:55
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