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作為太陽系中與地球環(huán)境最相似的行星，火星一直是人類除月球之外探索宇宙的首選。無論是尋找地外生命還是宇宙移民，火星都有著更大的可能。早在上世紀70年代，人類就已經(jīng)將探測器送上火星。我國也于2020年7月發(fā)射“天問一號”探測器，開始首次火星探測任務。目前，“祝融號”火星車已經(jīng)到達火星表面，順利開展巡視探測工作。
在成功開展火星表面探測之后，我們面臨的下一個問題就是如何提高探測效率，獲取更多有用的信息。一個可行的解決方案是用無人機為火星車導航。4月19日，美國“機智”號無人機在火星上完成首飛。而我國從2019年開始由中科院的研究開展火星無人機的研究，日前已經(jīng)完成了原理樣機的預研，并通過項目驗收。
無人機探測為火星車指引目標
受限于現(xiàn)階段的技術水平，火星車探測范圍較小、前進速度較慢，并且行駛時還會受到火星地表復雜地形的限制。這些問題限制了火星車科學探測效能的提升。而無人機可以從側面彌補火星車的不足。
我國研制的火星無人機搭載了微型多光譜探測成像系統(tǒng)。多光譜成像技術可以同時獲取光譜特征和空間圖像信息，當無人機升空后可以實現(xiàn)半徑幾百米范圍的火星地表成像，獲取火星車周邊地形和地表物相關成分的信息。
一方面，通過對周邊地形的精確掌握，火星無人機可以引導火星車避開障礙以及危險區(qū)域，在提高安全性的同時還可以變相加快火星車的前進速度。另一方面，火星無人機在巡航時可探測的范圍比火星車大得多，并且在空中不受地形因素制約，可以進行大范圍快速粗探，因此能更快發(fā)現(xiàn)高價值的探測目標，并引導火星車快速前往進行進一步探測，減少搜尋時間，提高火星探測的效率。
距離實用還需更多技術支持
我國的火星無人機原理樣機只是在技術上實現(xiàn)了火星地表巡飛探測，奠定了后續(xù)火星火星地表區(qū)域巡飛光譜探測的技術基礎，但是距離實際使用還有很長的路要走。其中最重要的說保證無人機可以在火星的惡劣環(huán)境中有足夠長的使用壽命。
火星的環(huán)境與地球差別很大，引力僅為地球的38%，大氣密度只有地球的1%，這使無人機的飛行與地球有很大區(qū)別，提供足夠起飛的升力需要旋翼以更高的速度運轉，這對機體的材料與結構都是很大的考驗，另外，火星表面溫度極低，會對許多電子元件的運行產(chǎn)生影響，而市場出現(xiàn)的中小型沙塵天氣或揚沙也會影響無人機的正常飛行。此外還有自主充電等問題需要解決。
“機智”號無人機并沒有裝載科學儀器，只有兩臺相機，分別用于導航以及拍攝火星表面的照片，其主要任務就是驗證無人機在火星上的行動能力與使用壽命。我國的火星無人機樣機雖然帶有微型多光譜探測系統(tǒng)，但是在應對火星地表復雜環(huán)境上還有巨大的難題需要工科。中科院研究團隊下一階段的研究重點也將集中在這一方面。
然而后續(xù)的研究需要模擬火星表面環(huán)境并且還要使無人機有足夠大的空間行動。但是國內暫時還無法提供完全滿足這種大尺寸的環(huán)境模擬條件的實驗艙，這成為擺在火星無人機后續(xù)研究工作前的攔路石。要使無人機能夠在下一次火星探測任務登上火星，研究團隊還需要尋找更多的技術支持。
(原標題：搭載多光譜系統(tǒng)為火星車導航 無人機將在火星大展拳腳)
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