科学家设计火星滑翔机，翼展 3.35 米可持续飞行几天时间

目前，美国宇航局科学家研制一种能在火星表面翱翔的滑翔机，它像“信天翁”一样能持续飞行几天时间，一旦它投入使用，这款无发动机的滑翔机可用于收集火星大气和地质数据，它的重量 5 公斤，翼展可达到 3.35 米，体形大小与信天翁接近。

▲ 图中是研究团队在亚利桑那州进行一次初期版本的滑翔机试射，在发射过程中，滑翔机与气球连接，最终缓慢地降落在地面上。

这款火星滑翔机可通过微型卫星发送至火星表面，然后展开折叠的机翼，仅使用风能推进飞行，其独特的飞行模式使它能利用风能在火星地质结构周围飞行，例如：峡谷和火山。

据悉，火星滑翔机是由美国宇航局行星科学家和亚利桑那州大学航空专家制作的一个原型，他们在地球沙漠地区 (模拟火星地形) 中进行了测试，使用气球将这款滑翔机送入地球大气层。

火星滑翔机项目负责人亚历克斯・克林 (Alex Kling) 博士是美国宇航局火星气候模型中心的研究科学家，他说：“使用火星滑翔机作为勘测平台，工作人员操控滑翔机可抵达那些令人感兴趣且非常酷的区域。”

▲ 最新设计的火星滑翔机包含一系列导航传感器，以及相机、温度和气体传感器，用于收集火星大气和地貌信息。

目前火星轨道有 8 颗探测器处于正常运行状态，以 0.33 米每像素的分辨率拍摄火星表面，此外，还有 3 辆火星车正在穿越火星表面平坦沙地，它们能在沙地安全着陆，并以更高的精度绘制小区域地图。

但在火星车所处位置方圆 336 公里范围内状况，火星气候变化，以及山脉等大型地质特征，正是科学家感兴趣的，亟待进一步勘测研究。2021 年，美国宇航局在火星表面部署“机智号”直升机，旨在探索火星环境，但该直升机每次最多能飞行 3 分钟。

据《航空航天杂志》介绍称，火星滑翔机更具优势，能在空中停留更长时间，并利用其飞行、温度和气体传感器，以及相机等设备全面勘测所在环境。克林博士说：“火星滑翔机勘测区域是地表和大气之间的交汇区，这里是灰尘被收集并送入大气的区域，是微量气体进行混合，也是山脉-峡谷调节大量风力的地方，只是我们之前并未获得太多相关数据。”

▲ 科学家曾提议使用“火星 2020”探测器携载滑翔机进入、下降和着陆火星表面。

研究小组希望美国宇航局资助“搭乘任务”，让火星滑翔机搭乘火星探测器抵达火星。该滑翔机可由立方体卫星携带，立方体卫星与电话薄大小相近，它们通过大型太空探测器携载升空。

一旦滑翔机进入火星大气层，就会被释放，要么像折纸一样展开，要么像游泳池玩具一样膨胀。据悉，该美国研究小组基于火星的气候数据，对滑翔机的飞行模式进行了广泛的数学建模，它将使用几种不同的飞行方法，包括：在充足垂直风时简单的静态飞行，或者“动态飞行”。

▲ 滑翔机可以在火星大气层中释放，然后像折纸一样展开翅膀。

它就像长途飞行中的信天翁一样，动态飞行利用水平风速随地形高度增加而增强了飞行优势，该现象在火星表面较为常见。火星滑翔机以 S 型模式飞行，类似于滑雪者控制速度滑雪下山。

但是该滑翔机每次方向改变时并未减速，而是在缓慢移动的低空风中以略微上升的飞行角度获得增速。

当滑翔机遇到更快、高海拔风流时，它会转向 180 度，让高速风力以轻微向下的角度推动其飞行。当它逐渐耗尽能量时，将重复以下操作：以 S 型模式飞行，使其一次飞行时间持续几天，期间在火星大气层中收集能量。

研究合著作者、亚利桑那州大学杰肯・撒卡 (Jekan Thanga) 说：“这几乎是人们只有看到才会相信的事情！”据了解，科学家们还在探索使用气球或者飞艇式飞船运载滑翔飞机的可能性，此类方案可以缓慢下降，并利用最佳风力条件，特别是科学家高度感兴趣的地区，滑翔机甚至可以飞行后重新依靠在气球或者飞艇式飞船上，继续完成多次太空探索任务。

滑翔机着陆后，它将继续向飞船传送火星大气信息，本质上成为一个火星气象站，目前全球各地的气象站为气象学家提供信息，所有相关气象数据不断地反馈到天气预测计算机模型中，每架退役的滑翔机，不论是按计划完成了勘测任务，琮是出了什么问题，都可能成为类似的火星系统网络节点。

研究报告第一作者、亚利桑那州大学航空航天工程博士生阿德里安・鲍斯克拉 (Adrien Bouskela) 说：“如果我们耗尽了飞行能量，或者我们的惯性传感器由于某种原因突然失效，我们希望能继续进行科学勘测工作，从行星科学角度来看，太空探索任务仍在继续。”

▲ 图中是两架不同滑翔机 (S1 和 S2) 的部署方案，它们独特的飞行模式能利用风力在地质结构周围飞行，例如：峡谷和火山。

今年夏季，火星滑翔机原型机在地球海拔 4572 米高空区域飞行，那里大气层更稀薄，飞行条件更接近火星。该研究报告合著作者、亚利桑那州大学微型飞行器实验室谢尔盖・什卡拉耶夫 (Sergey Shkarayev) 教授说：“我们可以将地球作为研究火星飞行的实验室，关于飞行轨迹、潜在入坞对接系统等仍需深入研究，但我们希望火星滑翔机在几年内，而不是几十年内实现！”

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