如果一切順利的話，此時(shí)此刻，在地球的鄰居火星上，一架名叫機(jī)智號(hào)的無(wú)人機(jī)正在起飛，成為首個(gè)在地球以外的星球上御風(fēng)飛行的人造物體。

毅力號(hào)火星車和飛翔中的機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)藝術(shù)想象 | NASA/JPL-Caltech/PIA23963

按照目前的計(jì)劃，機(jī)智號(hào)最快會(huì)在北京時(shí)間今天（4月19日）15點(diǎn)30分起飛。

而它在火星上的首次亮相，則是在今年3月21日，NASA的毅力號(hào)火星車登陸火星的第30個(gè)火星日。

那天，在火星上一直開著好好的毅力號(hào)，突然“哐當(dāng)”一聲，從車底拋下了一個(gè)吉他箱形狀、石墨復(fù)合材料的“奇怪”罩子。

被這個(gè)罩子小心保護(hù)、一直藏在毅力號(hào)車底的，便是這架花費(fèi)8500萬(wàn)美元的機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)了。

毅力號(hào)機(jī)械臂頂端的紫外拉曼光譜儀夏洛克配套的相機(jī)華生拍攝的車底 | NASA/JPL-Caltech/MSSS/PIA24448

搭“順風(fēng)車”來(lái)火星

著陸火星，兇險(xiǎn)異常，可憐瘦小又柔弱的機(jī)智號(hào)自己顯然是搞不定的，只能靠抱毅力號(hào)火星車的“大腿”了。

為了把首個(gè)火星無(wú)人機(jī)安全帶上火星，毅力號(hào)項(xiàng)目組可以說(shuō)是操碎了心。工程師把機(jī)智號(hào)小心折疊起來(lái)，牢牢固定在毅力號(hào)火星車底，又罩上保護(hù)罩。

毅力號(hào)車底的無(wú)人機(jī)和罩上保護(hù)罩的樣子 | NASA/JPL-Caltech

就這樣，機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)搭上毅力號(hào)火星車的順風(fēng)車，被一同塞入氣動(dòng)外罩內(nèi)，發(fā)射前往火星。

裝入氣動(dòng)外罩的毅力號(hào)火星車和機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī) | NASA/JPL-Caltech/KSC/PIA23925/haibaraemily

“老母親”毅力號(hào)經(jīng)過(guò)6個(gè)半月的漫長(zhǎng)飛行來(lái)到火星附近，又經(jīng)過(guò)“恐怖七分鐘”，于2021年2月18日著陸火星表面。機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)也隨之來(lái)到了這顆紅色星球。

毅力號(hào)火星車借助空中吊車著陸火星藝術(shù)想象 | NASA/JPL-Caltech

著陸一個(gè)月后，毅力號(hào)火星車拋下無(wú)人機(jī)保護(hù)罩，驅(qū)車前往機(jī)智號(hào)的起落場(chǎng)。這是毅力號(hào)就近物色的一片平坦、無(wú)障礙物的區(qū)域，機(jī)智號(hào)接下來(lái)的試飛，就將從這里起飛和降落。

機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)的飛行區(qū)域。著陸區(qū)附近彩虹色區(qū)域是影像合成造成的失真，并不是真實(shí)存在的顏色 | NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/PIA24494/haibaraemily

不過(guò)，沒(méi)有了工程師的現(xiàn)場(chǎng)幫助，這個(gè)和“母體”分離的過(guò)程相當(dāng)精細(xì)而漫長(zhǎng)。

這個(gè)“孩子”，生了八天

工程師給機(jī)智號(hào)設(shè)計(jì)了一套“自行解綁”的流程。

1）解鎖無(wú)人機(jī)與火星車之間的綁定裝置（毅力號(hào)著陸后的第36個(gè)火星日完成）

2021年3月26日，毅力號(hào)華生相機(jī)拍攝 | NASA/JPL-Caltech/MSSS/PIA24441

2）通過(guò)自旋擺動(dòng)，解放半邊機(jī)身，展開其中兩條腿（第37個(gè)火星日完成）

2021年03月28日，毅力號(hào)華生相機(jī)拍攝 | NASA/JPL-Caltech/MSSS/PIA24442

3）繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直至機(jī)身完全垂直（第38個(gè)火星日完成）

2021年03月29日，毅力號(hào)華生相機(jī)拍攝 | NASA/JPL-Caltech/MSSS/PIA24443

4）展開剩下兩只腿（第39個(gè)火星日完成）

2021年3月30日，毅力號(hào)華生相機(jī)拍攝 | NASA/JPL-Caltech/MSSS/PIA24449

5）充電（第39-43個(gè)火星日完成）。展開全部四條腿之后，無(wú)人機(jī)處于距火星表面13厘米的懸空狀態(tài)，“頭頂”和毅力號(hào)火星車的“腹部”依然保持連接，由毅力號(hào)通過(guò)“臍帶”為機(jī)智號(hào)太陽(yáng)能板的6塊鋰電池充滿電——這也是機(jī)智號(hào)最后一次從“母體”獲取能源，一旦切斷連接，它就只能靠自己獲取太陽(yáng)能和保溫了。

2021年4月3日，機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)彩色相機(jī)拍攝的首張照片，此時(shí)無(wú)人機(jī)還在火星車底，可見火星車兩個(gè)輪子 | NASA/JPL-Caltech/PIA24437

6）分離（第43個(gè)火星日完成）。切斷無(wú)人機(jī)頂部和火星車“腹部”的連接，火星車迅速開走，讓無(wú)人機(jī)盡快沐浴在陽(yáng)光下充電。

毅力號(hào)駛離機(jī)智號(hào)CG場(chǎng)景 | NASA/JPL-Caltech and Lockheed Martin Space [1]

至此，無(wú)人機(jī)和火星車的“解綁”流程終于全部完成。

但下一個(gè)挑戰(zhàn)才剛剛開始：著陸區(qū)杰澤羅撞擊坑一帶夜間溫度低達(dá)零下90℃，能輕而易舉地凍壞無(wú)保護(hù)的電路原件和電池等部件，剛剛切斷“臍帶”的無(wú)人機(jī)能否在惡劣的火星環(huán)境下獨(dú)自存活下來(lái)？產(chǎn)房外的工程師緊張萬(wàn)分（bushi）。

2021年4月4日，第44個(gè)火星日來(lái)臨，機(jī)智號(hào)傳回了好消息。這個(gè)堅(jiān)韌的小家伙順利度過(guò)了首個(gè)火星夜晚，證明了自己完全具備自主充電、防寒、保暖的能力。

2021年4月4日，毅力號(hào)后避障相機(jī)拍攝，注意此時(shí)機(jī)智號(hào)的旋翼還在鎖定狀態(tài) | NASA/JPL-Caltech/PIA24541

接下來(lái)，就是機(jī)智號(hào)在火星大展身手的時(shí)候了。

火星起飛，唯快不破

然而，在火星起飛可太難了。

盡管火星表面重力加速度只有地球的三分之一，但這點(diǎn)優(yōu)勢(shì)在火星稀薄的大氣面前微不足道?；鹦潜砻娲髿鈮簝H有地球的0.6%，在這樣的星球上開無(wú)人機(jī)，如何起飛就是最大的難題。

機(jī)智號(hào)的應(yīng)對(duì)之法也很直接：首先是槳葉盡量長(zhǎng)，但自身盡可能輕小。整個(gè)機(jī)智號(hào)僅重1.8公斤，總長(zhǎng)1.2米的槳葉采用了輕質(zhì)的碳纖維泡沫材料，僅有一個(gè)紙巾盒大小的機(jī)身主體里滿滿當(dāng)當(dāng)?shù)厝穗姵?、中央?jì)算機(jī)、慣導(dǎo)、激光測(cè)高計(jì)、傾斜計(jì)、加速度計(jì)、陀螺儀和兩個(gè)相機(jī)這一大堆儀器 [2,3]，堪稱空間管理大師。

機(jī)智號(hào)機(jī)身主體僅有紙巾盒大?。?3.6×19.5×16.3厘米） | NASA/JPL-Caltech

在盡可能壓縮自身質(zhì)量體積的基礎(chǔ)上，接下來(lái)就是暴力破解了。天下武功，唯快不破。機(jī)智號(hào)項(xiàng)目組通過(guò)反復(fù)計(jì)算和試驗(yàn)，摸索出了能提供足夠火星升力所需的無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)速。

試驗(yàn)證實(shí)，模擬火星環(huán)境中的槳葉轉(zhuǎn)速達(dá)到2277轉(zhuǎn)/分鐘以上時(shí)，機(jī)智號(hào)的無(wú)人機(jī)模型能穩(wěn)定完成起飛、上升、懸空、平移、旋轉(zhuǎn)和返回等一系列操作。

2018年1月30日，機(jī)智號(hào)項(xiàng)目組在噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室（JPL）的7.6米尺寸空間模擬艙室開展的機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)模型飛行測(cè)試 | JPLraw [4]

由此看來(lái)，項(xiàng)目組最終把機(jī)智號(hào)的飛行轉(zhuǎn)速定在2400轉(zhuǎn)/分鐘左右，首飛轉(zhuǎn)速設(shè)為2537轉(zhuǎn)/分鐘，應(yīng)當(dāng)是很有把握能在火星飛起來(lái)的了。

不過(guò)別著急，剪完“臍帶”的機(jī)智號(hào)也不是立馬就飛的，畢竟這么貴的無(wú)人機(jī)，可不得小心翼翼地仔細(xì)檢查幾遍嘛。飛炸了可就不好玩了。

小心測(cè)試，不行就延

機(jī)智號(hào)原計(jì)劃于北京時(shí)間4月12日上午10:54首飛[5]，但這個(gè)計(jì)劃時(shí)間可能因?yàn)楦鞣N原因而推遲。

從分離到首飛期間，項(xiàng)目組會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)的旋翼、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、慣導(dǎo)等設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)毅力號(hào)的火星氣象站（MEDA）實(shí)時(shí)測(cè)量的氣壓、風(fēng)速等一系列氣象數(shù)據(jù)做出氣象預(yù)報(bào)，評(píng)估合適的起飛條件和時(shí)機(jī)。

然后…… 它就真的因?yàn)闇y(cè)試出了問(wèn)題而延期了

4月7日，機(jī)智號(hào)順利解鎖了旋翼[6]。

鎖定的旋翼vs. 解鎖的旋翼，毅力號(hào)桅桿相機(jī)（Mastcam-Z）拍攝 | NASA/JPL-Caltech

4月8日，機(jī)智號(hào)順利完成了50轉(zhuǎn)/分鐘的旋翼慢速旋轉(zhuǎn)測(cè)試 [6]。

毅力號(hào)著陸后的第48個(gè)火星日，毅力號(hào)的桅桿相機(jī)拍攝 | NASA/JPL-Caltech/ASU

但4月9日，機(jī)智號(hào)的旋翼高速旋轉(zhuǎn)測(cè)試出了點(diǎn)問(wèn)題，于是首飛被延期到了4月14日之后 [7]。

傳回的數(shù)據(jù)顯示無(wú)人機(jī)本身沒(méi)啥事兒，只是項(xiàng)目組需要升級(jí)一下飛行軟件……NASA表示升級(jí)也不難，就是跨星球上傳指令和測(cè)試比較慢……嗯，想象一下，一位程序員熬夜向火星上傳代碼的畫面

4月16日，再來(lái)一次的旋翼高速旋轉(zhuǎn)測(cè)試，總算是順利完成了。

按照最新計(jì)劃，機(jī)智號(hào)不早于北京時(shí)間今天下午15:30左右首飛 [8]——如果各項(xiàng)測(cè)試和檢核過(guò)關(guān)，氣象條件也合適的話。

所以，此時(shí)此刻，機(jī)智號(hào)總算真的要飛了（吧）。

五次試飛，難度加碼

由于地火通訊的延遲，遠(yuǎn)在地球的工程師無(wú)法真實(shí)“操縱”無(wú)人機(jī)的飛行，所有的操作和判斷都要靠無(wú)人機(jī)自主完成。機(jī)智號(hào)的任務(wù)窗口為30個(gè)火星日（也就是約31個(gè)地球日），在此期間，項(xiàng)目組共策劃了至多5次飛行測(cè)試。

首飛任務(wù)最為簡(jiǎn)單。完成飛前檢查之后，機(jī)智號(hào)將在起落場(chǎng)啟動(dòng)旋翼，在12秒內(nèi)把轉(zhuǎn)速0從升至計(jì)劃的2537轉(zhuǎn)/分鐘，然后花大約6秒時(shí)間飛到3米高處，懸停約30秒，下降，回到起落場(chǎng)。

機(jī)智號(hào)“平平無(wú)奇”的首飛計(jì)劃 | 參考文獻(xiàn) [3]

機(jī)智號(hào)的機(jī)身底部安裝了和導(dǎo)航相機(jī)，幫助無(wú)人機(jī)探知自身的位置和高度，確保首飛穩(wěn)定停留在起落場(chǎng)中央而不飛偏 [6]。

除了可以垂直向下拍攝低分辨率黑白照片（50萬(wàn)像素）的導(dǎo)航相機(jī)，機(jī)智號(hào)底部還安裝了另一個(gè)彩色相機(jī)，能以一個(gè)傾斜向下的角度拍攝高分辨率照片（1300萬(wàn)像素，四舍五入都快趕上你的智能手機(jī)了呢

）。

機(jī)智號(hào)底部的LiDAR和相機(jī)位置 | NASA/JPL-Caltech/PIA23969/haibaraemily

這些儀器在試飛過(guò)程中獲取的工程數(shù)據(jù)和拍攝的火星表面照片，將在無(wú)人機(jī)降落之后通過(guò)火星車傳回地球，供項(xiàng)目組分析和還原無(wú)人機(jī)的飛行狀況。

雖然只是簡(jiǎn)單的起和落，但機(jī)智號(hào)首飛的意義最為重大。哪怕僅僅是穩(wěn)定地在火星上空懸停幾十秒，這也將是人類深空探索史上的里程碑，重要性堪比一百多年前萊特兄弟“飛行者一號(hào)”（Wright Flyer）的首次飛行——事實(shí)上，機(jī)智號(hào)的這次首飛也被NASA稱為火星上的“萊特兄弟時(shí)刻”[5]。

1903年12月17日，奧維爾·萊特?fù)?dān)任駕駛員完成了“飛行者一號(hào)”的首次飛行，威爾伯·萊特在跟跑 | Library of Congress/PIA24434