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设备与工具“我把它看作是莱特兄弟在另一个星球上的时刻。”喷气推进实验室的总工程师说。
就在刚刚，美国宇航局（NASA）成功发射第四辆火星探测器"毅力号"，开始为期六个月的火星之旅。“毅力号”将启动一项任务，收集火星上可能有远古生命痕迹的泥土样本，以便在本世纪末的NASA另一项任务将这些样本送回地球。它还将携带一个不同于以往任何助推器的有效载荷进入太空：一架名为 "匠心号"（Ingenuity）的小型自主直升机。明年春天的某个时候，可能在4月份，"匠心号“将旋转起它的旋翼，成为第一艘在火星上飞行的航天器。
美国宇航局（NASA）喷气推进实验室火星直升机项目总工程师鲍勃·巴拉拉姆（Bob Balaram）表示：“我认为这有点像莱特兄弟在另一个星球上的见证历史时刻。这是一项高风险、高回报的任务，可以让我们去很多以前没能去过的地方。”
卫星善于对一颗行星进行全面的了解，而漫游车则善于探索一个相对较小的地形进行细致的探索。对于介于两者之间的所有东西，装在一个机载系统是十分有帮助的。一个漫游车在几年的时间里只能覆盖几十公里的范围，但未来的外星无人机可以在一天内轻松覆盖。它们可以拍摄航拍照片，帮助漫游车规划最佳路径，或者收集样本，并将其送回固定的着陆器进行分析。虽然现阶段的”匠心号“还不能做任何实际的科学工作，但这是向外星飞机迈出的第一步。
”匠心号“无人机的硬件——摄像机、通讯设备、航空电子设备——被塞在一个小立方体里，它将被四条细长的腿悬挂在空中，使它看起来有点像一只机器人昆虫。在顶部，有两对转子叶片，每对旋翼的直径为四英尺（约1.2米），夹在“匠心号”的机体和一个矩形的太阳能电池板之间。整个装置的重量还不到一个完整的两升汽水瓶，但它的耐用性足以承受它在发射、着陆以及在火星表面的日常生活中所面临的极端环境。
一旦 "毅力号 "抵达火星，它将花几周时间检查其自身的系统。如果一切顺利的话，它的第一项任务就是在布满岩石的Jezero陨石坑中找到一块空地，放下它的“乘客”。(实际上，它将会被抛下——直升机被固定在火星车的腹部。) 一旦漫游车和直升机分道扬镳，直升机维持正常的工作时间就屈指可数了。巴拉拉姆（Balaram）和他的团队将只有一个月的时间来进行最多5次试飞。"这次任务的全部目的是为了获得工程数据，这样就可以按照我们自己的想法工作，在火星上就不会出现任何意外。但是，如果超过30天，我们只会分心。"
就像莱特兄弟在“小鹰号”上著名的飞行试验一样，其在第一次飞行时，"匠心号“将只在空中停留几秒钟。这一飞行测试将是巴拉拉姆（ Balaram）和他的机组人员在地球上进行的飞行测试的几乎完全相同的复制品，这样他们就可以对直升机的性能与预期进行一个比较。如果一切顺利，“匠心号”将尝试更具挑战性的飞行曲线。这架直升机的设计飞行高度可达15英尺（约4.6米），从起飞点出发最多可飞行3个足球场。飞行器的电池限制了它的飞行时间只有90秒，但这对于它将在火星上进行的飞行测试类型来说已经足够了。
对于巴拉拉姆（ Balaram）来说，第一次火星飞行已经是很久以前的事了。他在上世纪90年代末就酝酿了一个外星直升机的计划——尽管这个想法并不完全是新的——因为他看到了斯坦福大学航空航天工程师伊兰·克罗（Ilan Kroo）的一次会议演讲，他在过去几年里一直在研究一种硬币大小的微型大气研究无人机，称为“mesicopter”。正如克罗（Kroo）和他的团队从他们的研究中非常清楚地知道，空气动力学在小范围内变得不稳定，这使得控制飞行变得困难。"我们很快就意识到，在地球上飞行器的中尺度设备与在火星上飞行大型飞行器非常相似，至少在空气动力学上是如此，"克罗（Kroo）表示。"我们开始与鲍勃·巴拉拉姆(Bob Balaram)和喷气推进实验室(Jet Propulsion Lab)合作，将我们的微型旋翼设计放大，以便在火星上飞行。"
巴拉拉姆（Balaram）和克鲁（Kroo）在21世纪初向NASA提交了一份关于火星直升机的提案，但尽管审查人员给予了积极的反馈，但该提案从未获得资助。(巴拉拉姆（Balaram）指责该机构的预算削减。)这个想法又被搁置了15年，直到NASA喷气推进实验室主任查尔斯·埃拉奇(Charles Elachi)要求巴拉拉姆（Balaram）重新设计提案，并将其作为该机构最新火星车的一项长期试验。2018年，美国宇航局官员宣布，该款外星直升机将成为2020年火星任务的科学配角。到那时，火星直升机的研发工作正在顺利进行。
美国国家航空航天局(NASA)委托加州的一家无人机制造商AeroVironment为此次任务制造硬件。该公司在极端环境下操作自主飞机方面有丰富的经验，而且与NASA也有一定的合作经历。2001年，该公司与该机构签订了建造一架太阳能无人机的合同，该无人机成功地在9.6万英尺（约2.9万米）的高空飞行；20年后，这一纪录依然保持着。由于火星大气层稀薄，地球上的高度相当于火星表面附近的飞行。但在火星上驾驶一架小型直升机，让在地球上驾驶一架巨大的太阳能机翼看起来很容易。
"我们必须所有的东西保持超轻量级，以使整个项目正常作用。"AeroVironment公司的航空机械工程师本·皮彭伯格（Ben Pipenberg）表示："我们真的试图从每一个组件中抽出每一毫克，因为只有这样才能让重量低到足以在火星上飞行，这是必要条件。"
“匠心号”无人机团队必须平衡严格的重量要求和对耐用性和性能的竞争性要求。尽管直升机的重量上限为4磅（约1.8kg），但它必须有足够的强度来承受它在发射和降落过程中遇到的强大力量。它的硬件也必须满足任务的要求，比如对于发动机来说，需要它的旋翼桨叶旋转速度是普通直升机的五倍，这样它才能产生足够的升力。对了，它还需要一台足够强大的计算机，以运行直升机将用于自主导航火星景观的机器视觉算法。这对一台比笔记本电脑还重的机器来说，要求很高。
"这推动了每一项技术学科的发展。但在此之中，也有很多令人不安的时刻。"NASA喷气推进实验室“匠心号”创意项目经理米米·昂(MiMi Aung)说。
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