NASA宣布Ingenuity火星直升机因旋翼损坏永久退役

美国宇航局 NASA 声称首次在另一个星球上进行了飞机事故调查。

美国宇航局表示，该机构喷气推进实验室 (JPL) 的工程师正在与无人飞机制造商 AeroVironment 合作，对2024 年 1 月 18 日Ingenuity 火星直升机的最后一次飞行进行“详细评估”。那次飞行中遭受的损坏导致美国宇航局永久退役 Ingenuity。

此次飞行是“机智号”第 72 次火星飞行，这艘小型飞船大大超出了其原定的 30 天内完成五次技术演示飞行的目标。

由 JPL 和 AeroVironment 设计的自主太阳能 Ingenuity 成为第一架进行外星动力控制飞行的飞机。Ingenuity 于 2021 年搭载毅力号火星车抵达火星，通过独特的同轴旋翼系统在稀薄的火星大气中实现升力。

旋翼设计采用两个反向旋转、无铰链、双叶片旋翼，每个旋翼直径为 1.2 米（4 英尺）。

美国宇航局称，在火星上意外运行的三年里，机智号累计飞行时间超过 2 小时，记录的距离是其原始参数的 30 多倍。

按照陆地标准，每次飞行时间都很短，通常持续不到 1 分钟，飞行距离通常只有几十米。“机智号”最长的飞行距离为 704 米。

当 Ingenuity 在完成第 72 次任务返回时遭受灾难性的旋翼损坏时，这架先驱旋翼机的职业生涯就结束了。NASA 于 12 月 11 日发布的坠机调查初步摘要发现，导航错误是事故原因。

该机构表示：“调查得出的结论是，机智号的导航系统在飞行过程中无法提供准确的数据，这很可能引发了一系列事件，导致任务结束。”

机智号的第 72 次飞行任务被描述为一次“短暂的垂直跳跃”，旨在评估旋翼机的飞行系统并收集周围地区的摄影图像。飞行数据显示，飞行器达到了 40 英尺的高度，在那里悬停，然后在飞行 19 秒后开始下降。

直升机起飞 32 秒后着陆，随即与地面上的操作员失去联系。通信连接恢复后，机智号机载导航摄像机拍摄的图像显示，第 72 次飞行期间旋翼受损“严重”。

这是通过目视检查旋翼叶片投射到火星表面的阴影确定的。毅力号火星车随后拍摄的照片显示，机智号停在火星沙丘顶部附近，直升机的一个旋翼叶片位于距离火星表面约 15 米处。

“当在 1 亿英里之外进行事故调查时，你没有任何黑匣子或目击者，”Ingenuity 的首位飞行员、喷气推进实验室的哈佛·格里普 (Havard Grip) 说。

虽然格里普表示有多种情况可能与 NASA 收到的数据一致，但导航错误是最有可能的。

他说：“缺乏表面纹理会导致导航系统无法获取足够的信息。”

美国宇航局指出，机智号的视觉导航系统旨在使用向下观察的摄像机在“质地良好（卵石状）但平坦的地形”上追踪火星表面的可见特征。

尽管该机构表示，对于“机智号”前五次飞行的地形而言，这种设计“绰绰有余”，但 NASA 表示，当这架小型直升机到达第 72 跳时，它所处的火星区域却是“陡峭、相对平淡无奇的沙洲”。

由于火星和地球之间的信号传输延迟，人类飞行员无法实时遥控旋翼机。因此，Ingenuity 必须由无需人工控制输入的自主飞行系统来驾驶。

据 NASA 称，在最后一次飞行约 20 秒后，机智号导航系统“无法找到足够的表面特征进行跟踪”，导致着陆时水平速度不安全。NASA 认为这种情况导致机智号猛烈撞击火星沙丘斜坡，导致机智号俯仰和滚动。

美国宇航局得出的结论是：“快速的姿态变化导致快速旋转的旋翼叶片上的负载超出了其设计极限，导致四个叶片在其最薄弱之处折断——距离尖端约三分之一处。”

受损转子产生的过度振动将一个叶片的剩余部分从其外壳上撕下来，并产生了过度的电力需求，导致与 Ingenuity 的通信暂时中断。

尽管旋翼机不再适合飞行，但其其他系统仍可正常运行。NASA 表示，Ingenuity 仍每周向 Perseverance 火星车发送一次天气和航空电子设备测试数据。

该机构指出：“航空电子数据已经证明对为火星设计未来飞机和其他飞行器的工程师很有用。”

机智号在火星上出人意料的长寿也为未来外星飞行器的设计提供了参考。由于预算限制，任务项目经理泰迪·扎内托斯指出，机智号是第一艘设计为使用商用现成手机处理器飞行的深空飞行器。

“我们现在已经连续运行了近四年，这表明并不是所有的东西都需要变得更大、更重、更耐辐射才能在恶劣的火星环境下工作，”Tzanetos 说。

名为“火星直升机”的后继概念已由“机智号”团队研究。NASA 表示，下一代飞行器将比“机智号”重约 20 倍，有效载荷为几公斤，每日航程可达 3 公里。

美国宇航局发布的火星直升机动画展示了一种六旋翼设计，多叶片旋翼组件以六边形排列在中央控制单元周围。