火星是一颗尘土飞扬的星球。从微小的尘雾到笼罩地球的巨大风暴,灰尘对研究任务来说是一个持续的挑战。这对Ingenuity来说尤其如此,该旋翼飞行器自年2月以来一直与NASA的毅力漫游车一起探索火星。现在,美国科学家们根据Ingenuity飞行数据,完成了对火星尘埃动力学的首次真实研究,为未来的地外旋翼机任务铺平了道路。
这项研究未来将会支持美国宇航局的火星样本返回计划,该计划将取回毅力号收集的样本,这项研究还可以支持年的蜻蜓核动力无人机任务,蜻蜓将会在土卫六着陆,也是飞行单位。“地球上的直升机飞行员更喜欢降落在直升机停机坪上是有原因的,当直升机降落在沙漠中时,它的下沉气流会激起足够多的灰尘,导致能见度为零的‘褐化’——火星实际上是一个大沙漠,这会导致着陆过程变得复杂。”
美国宇航局一直致力于创新计划,在该概念首次提交给NASA后不久,他就加入了喷气推进实验室,并创建了第一个在火星多尘环境中使用直升机除尘的理论模型。科学家们研究航天器动力下降过程中羽流与表面的相互作用,他还模拟了超音速降落伞膨胀和地球物理现象,如土卫二上的羽状物。
为了克服这一挑战,科学家们使用先进的图像处理技术从六次直升机飞行中提取信息,这些都是毅力号拍摄的低分辨率视频。通过识别视频帧和单个像素的光强度之间的微小差异,研究人员能够计算出Ingenuity创造号起飞、悬停、机动和着陆时扬起的尘云的大小和总质量。
研究表明,正如预测的那样,尘埃是外露旋翼机的一个重要考虑因素,据估计,Ingenuity每次飞行时都会产生约千分之一的自身质量(四磅)的尘埃。这是地球上同等直升机产生的灰尘的许多倍,“看到创造号起飞从地表扬起了如此多的灰尘,从而开启了一条新的研究路线,这令人兴奋。当你考虑火星上的尘埃时,你不仅要考虑较低的重力,还要考虑气压、温度和空气密度的影响——还有很多我们还没有完全理解。”尽管如此,他补充道,这也是研究Ingenuity的尘云如此令人兴奋的原因。
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