NASA下一代火星直升机旋翼突破音速，升力提升30%

NASA 喷气推进实验室（JPL）在下一代火星直升机旋翼技术测试中取得重大突破：转子桨尖首次在模拟火星大气环境中突破音速，达到 Mach 1.08。

测试背景

火星大气密度仅为地球的 1%，在这种极端稀薄的大气中实现动力飞行一直是航空工程的巨大挑战。2021年4月，"机智号"（Ingenuity）成为首个在另一个星球实现动力飞行的飞行器，在火星上完成了 72 次飞行。但机智号本质上是一个技术验证平台，没有携带科学仪器，且旋翼桨尖速度被严格限制在 Mach 0.7。

NASA 火星探测项目经理 Al Chen 说："NASA 用机智号取得了出色成绩，但我们要求下一代飞行器在火星上做更多的事。在火星上做任何事都很难，而飞行可能是最难的。因为大气极其稀薄，很难产生升力，而火星的重力却相当可观。"

测试过程

JPL 工程师在 25 英尺太空模拟器中完成了 137 次测试运行。他们首先将 chamber 抽真空，然后充入二氧化碳模拟火星大气环境。

测试使用的三叶碳纤维旋翼由 AeroVironment 制造。工程师将转速逐步提升至 3750 rpm，此时桨尖速度达到 Mach 0.98。随后启动 chamber 内的风扇产生迎面风，将桨尖速度进一步推过音速。

测试负责人 Jaakko Karras 引用了 Chuck Yeager 的经验："如果 Chuck Yeager 在这里，他会告诉你接近 Mach 1 时情况会变得很棘手。正因如此，我们规划机智号的飞行时把桨尖速度保持在 Mach 0.7。但我们下一代火星飞行器需要更强的性能，我们必须确认旋翼能安全地飞得更快。"

测试结果

桨尖速度最终达到 Mach 1.08，火星飞行器的升力比机智号提升了 30%。这意味着未来的火星直升机可以携带更重的科学载荷，包括先进的传感器和更大容量的电池以支持更长航时。

NASA Ames 研究中心空气动力学家 Shannah Withrow-Maser 表示："我们原本觉得能到 Mach 1.05 就算运气好了，结果跑到了 1.08。数据还没完全挖掘完，可能还有更多推力空间。这些下一代直升机将会非常出色。"

SkyFall 任务

这些测试数据已被纳入 SkyFall 任务的性能规格。SkyFall 是 NASA 最新公布的火星飞行任务，计划于 2028 年 12 月将三架下一代火星直升机送至火星。与只能做技术演示的机智号不同，SkyFall 携带的直升机将具备携带科学仪器和传感器的能力，能够为未来的载人及无人探测任务提供低空空中勘测数据。

火星上的音速约为 540 mph（869 kph），远低于地球海平面的 760 mph（1223 kph），这是由火星大气中低温、低压、富含二氧化碳的环境特性决定的。

来源：NASA JPL · Ars Technica