獨(dú)家：未來火星飛機(jī)如何揭開紅色星球甲烷之謎

獨(dú)家：未來火星飛機(jī)如何解開紅色星球甲烷之謎

瑪吉，目前尚處于早期階段的概念，可以在火星大氣中尋找難以捉摸的生命痕跡。

藝術(shù)家描繪的火星空中和地面全球智能探測器(瑪吉)。

(圖片來源:查戈成)

火星上的甲烷很難追蹤，但解決方案可能正在路上。

一架名為“瑪吉”的早期概念飛機(jī)將很快啟動一項(xiàng)由宇航局資助的為期9個月的研究，探索其在火星上空翱翔的可行性。它不會很快到達(dá)這顆紅色星球，如果有需求的話，但很明顯，科學(xué)上需要在火星上有更多的飛行器。

宇航局的機(jī)智號直升機(jī)是第一架在火星上翱翔的重于空氣的飛行器，在2021年2月與毅力號火星車一起抵達(dá)火星后，完成了72次飛行。雖然“機(jī)智”號在2024年1月的一次硬著陸讓它永久停飛，但未來仍有足夠的空間容納更多的飛行器。

“瑪吉”是“火星空中和地面智能探測器”的縮寫，它被設(shè)計為在火星周圍的任何地方運(yùn)行一個火星年(接近兩個地球年)。在距離地面3300英尺(1000米)的高空飛行，它的主要任務(wù)之一是尋找甲烷。這種難以捉摸的分子可能是生命的跡象，但經(jīng)過幾十年的探索，科學(xué)家們在火星大氣中幾乎沒有運(yùn)氣發(fā)現(xiàn)它的存在。

甲烷是一種可能的生物特征氣體，在火星上很難找到。它不時出現(xiàn)在大氣層中，火星上或繞火星運(yùn)行的航天器，以及地球上強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡都能探測到它。例如，自2012年以來，宇航局長期運(yùn)行的好奇號火星車(毅力號的前身)多次檢測到甲烷，但其水平忽高忽低——背景水平低于空氣分子的十億分之0.5 (ppb)，有時會飆升至20 ppb。

首席研究員查戈成成告訴太空網(wǎng)址（Space.com），下一步合乎邏輯的可能是制造像“瑪吉”這樣的飛行器。查戈成是協(xié)流飛機(jī)公司的首席執(zhí)行官，也是邁阿密大學(xué)的教授，他在宇航局創(chuàng)新先進(jìn)概念項(xiàng)目下獲得了9個月的資金，以進(jìn)一步探索這一概念。

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從設(shè)計上看，瑪吉可以在空中停留111英里(179公里)的距離，只要給太陽能電池板充一次電。查戈成說，探測器上的高分辨率儀器可以探測到大氣中痕量的甲烷，或者其他潛在的瞬態(tài)現(xiàn)象，比如火星上的液態(tài)水。更好的是，“我們還可以在任何我們想要采集樣本的地方著陸?！彼嬖V太空網(wǎng)址。

2019年5月12日，宇航局好奇號火星車在火星上拍攝的57張照片。好奇號在火星上發(fā)現(xiàn)了甲烷的瞬態(tài)信號。(圖片來源: NASA/JPL-Caltech/MSSS)

瑪吉假定的飛行范圍得益于一項(xiàng)專利技術(shù)，該技術(shù)將使用空氣壓縮機(jī)使飛機(jī)保持在空中?？諝鈮嚎s機(jī)將少量的空氣從機(jī)翼的后部移動到機(jī)翼的前部，既增加了升力又減少了阻力。

這一過程將使“瑪吉”號能夠靈活地適應(yīng)不同的溫度和大氣壓，使它能夠在火星的不同季節(jié)和不同緯度的稀薄空氣中航行，特別是在像冬天這樣具有挑戰(zhàn)性的季節(jié)。據(jù)宇航局稱，通常情況下，火星大氣的壓力在6到10毫巴（百帕）之間，僅為地球表面壓力的百分之一。在寒冷的季節(jié)，大約25%的大氣凝結(jié)在極帽上，導(dǎo)致紅色星球的壓力進(jìn)一步下降。

在到達(dá)火星之前，瑪吉必須達(dá)到創(chuàng)新先進(jìn)概念項(xiàng)目第一階段研究的主要目標(biāo)，即確定飛機(jī)是否真的能在火星稀薄的大氣中工作。“我們將做更多的車輛設(shè)計和可行性研究，我們也將做科學(xué)任務(wù)，”查說，強(qiáng)調(diào)合作伙伴，如宇航局在南加州的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室也將參與科學(xué)方面。

火星直升機(jī)獨(dú)創(chuàng)性是一個驚人的成功。宇航局已經(jīng)在測試下一代技術(shù)(視頻)

-觀看獨(dú)創(chuàng)性火星直升機(jī)在毅力漫游者的驚人視頻中飛行

火星上的甲烷之謎可能開始明朗了

下一步，如果最初的瑪吉研究進(jìn)展順利，將被納入為期兩年的創(chuàng)新先進(jìn)概念項(xiàng)目第二階段，以深化工程和科學(xué)工作。根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級，一系列的調(diào)查可能會在任務(wù)中進(jìn)行，比如檢查火星的奇怪磁場，或者拍攝高清晰度的火星表面特征。

查戈成研究瑪吉背后的想法已經(jīng)有20多年了，主要是在工程方面。在此之前，他也獲得了幾項(xiàng)資助，包括國家航空航天局資助的一種射流控制，以及國防高級研究計劃局(DARPA)授予的航空運(yùn)輸獎。

他很高興看到“機(jī)智”號在這段時間里試飛:“當(dāng)我們看到‘機(jī)智’號直升機(jī)飛行時，非常非常激動人心?！彼诖渌鹦翘诫U者盡快登上天空。

在宇航局火星樣本返回計劃的資金問題持續(xù)存在之前，這可能會相對較快地發(fā)生。目前的概念是，在本世紀(jì)30年代，兩架直升飛機(jī)可以與返回任務(wù)一起飛行，從地面帶回由毅力號收集的貯藏物。

BY:Elizabeth Howell

FY:陳圣貝

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