歷史首次 人類航空器另一星球飛行

評論版 2021/04/08

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如果不出意外,3天後人類的飛行器,將第一次在地球以外的星球,自帶動力並在受控下飛行,它是美國太空總署(NASA)的「創新號」(Ingenuity)微型直升機,將會在火星上飛行。它原本被固定在火星探測器「毅力號」(Perseverance)腹部,一起在太空飛了4.71億公里到達火星,2月中登陸火星。3天前,「創新號」從毅力號腹部降下登陸火星表面,並度過攝氏零下90度的火星晚上。它之前依靠「毅力號」的動力系統保溫,現在靠直升機展開的太陽能板收集陽光,使用自己的電池運行加熱,保護機上零件在火星寒冷的夜晚不致凍壞,能否獨自在火星度過晚上也是重要挑戰。

首登火星直升機 創新號建造3年

創新號看起來像無人直升機,是首次登上火星的直升機,根據火星條件專門設計,重僅1.8公斤,即大約4磅,耗資8,000萬美元,花了3年建造。創新號採用自動飛行操作,首趟歷史性飛行最早於本月11日進行,以每秒1米速度爬升3米,在空中盤旋30秒後降回火星表面。由於火星大氣密度只有地球1%,意味沒有太多空氣可以推動直升機產生升力,起飛較為困難,特別設計的系統,旋翼將以每分鐘2,400圈轉動,快地球上的載人直升機轉速近8倍;火星重力只有地球1/3,亦有助創新號升空容易些。

這架火星直升機收到飛行指令後,攝像鏡頭每秒可拍30張圖像,直升機的微型電腦會將攝像機和感應器捕獲的大量圖像和數據,結合起來處理,告訴直升機要去哪裏,飛行速度多快,並根據風速和其他危險情況調整。NASA計劃30日內進行多達5次飛行任務,逐漸飛高及飛遠一些,創新號在飛行過程中亦將拍攝高解析度相片。(請【按此】觀看太空總署介紹「創新號」影片)

芯片大廠高通(Qualcomm)有份參與這次創舉,和NASA合作研發,操作直升機的處理器採用高通芯片。高通表示,直升機需要接收百萬公里以外發出的指令,其延遲時間長達3至22分鐘,加上火星天氣寒冷,處理器需要在低功耗情況下,提供自動操作系統所需的運算能力,所以挑戰很大。

NASA表示,創新號今次實驗如果成功,是一個里程碑,以後在火星,可以利用直升機在短時間飛到探測車無法到達的區域,又或者將一些不太重的東西,從一個點運送到另一個點,亦可以在空中拍攝火星高清圖像,長遠來說,有助發展更多人類火星任務,探索火星未知一面,甚至作為火星上載人飛行的技術基礎。

火星,是日和月之外,人類最早注意到的天體之一。火星體積是地球大約1/6,重量約為地球1/10,如果人在地球上重100磅,那麽在火星上重量只有38磅。火星上,人的重力比在地球少62%,所以會跳得更遠。火星看起來很熱,但別被它的顏色欺騙,火星實際上相當寒冷,相比地球火星公轉軌道距離太陽要遠大約8,000萬公里,意味陽光熱力少得多。

地球上,來自太陽大部分熱量被困於大氣層,大氣層就像毛毯讓我們的星球保持溫暖。但火星大氣層非常稀薄,大氣密度只有地球1%,所以來自太陽的熱量很容易就沒了。地球平均溫度攝氏14度,火星平均溫度為攝氏零下63度;火星大氣中96%是二氧化碳,地球大氣78%是氮氣,21%是氧氣。

有着褐紅色外觀讓火星格外惹人關注,誘發人類遐想,古埃及人直接稱為「紅色的那顆」。中國古時稱為「熒惑」,早在諸子百家著作就出現有關記載,古時更有「熒惑守心」一說,火星在占星學上象徵殘、疾、喪、飢、兵等,和戰爭帶來的災難類似,「熒惑守心」現象出現乃凶兆,古人認為皇帝甚或失去政權。至於火星英文Mars,則是羅馬神話戰神「瑪爾斯」的名字,連帶兩顆小衞星都被命名Phobos和Deimos,乃希臘神話中戰神兩個兒子的名,意思是「害怕」、「恐怖」。

17世紀望遠鏡問世,升級了人類肉眼,此後300多年,人類借助「火星沖」現象,火星離地球最近的時候,看到火星表面形貌,觀測繪製火星地圖。後來,人類知道火星是太陽系中,除了地球,最有可能成為人類家園的星球,於是展開一次又一次探索。從望遠鏡觀測,到探測器登場,為人類「插上翅膀」,從火星飛掠而過。

1965年,美國「水手4號」(Mariner 4)成為人類第一個掠過火星並傳回照片的探測器,22張照片讓人類第一次近距離看到火星表面,還初步探測火星大氣、磁場等,打破人類對「火星人」的幻想,火星上荒涼而沉寂,沒有任何智慧生命表面證據。從探測器繞飛火星,到降落在火星表面,近距離勘探,現在火星上有5部在運作的美國探測器。

人類最想知 火星是否適合生存

中國的「天問1號」(Tianwen-1)正繞飛火星觀測,下月會着陸,屆時中國自主研發的火星探測器將完成「繞、落、巡」3項歷史使命。阿聯酋探測器「希望號」(HOPE)亦已抵達軌道,繞火星運行蒐集數據,阿聯酋曾聲言計劃100年內在火星建造一座城市。

從靠肉眼觀測並加入想像繪製的火星圖,到細節豐富的火星全景照片及眾多探測數據,從火星大氣層、表面、到內部結構,從火星過去、演化、到現在,短短約60年,火星神秘面紗層層揭開,隨之而來的,是其他更深的疑問。人類最希望弄明白,火星到底是否適合我們生存?如何才能移居火星?

1840年,德國天文學家發布第一張完整火星地圖,也是第一張用經緯度標注地球以外行星的地圖,今次「創新號」直升機的實驗性任務,美國太空總署形容是歷來首次,可以與萊特兄弟(Wright brothers)在1903年人類歷史性首次飛行相提並論,就讓我們在4月11日拭目以待。

撰文 : 馮兆寧 資深媒體人

欄名 : 寧看世界

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