在飞机诞生近 120 年来，人类已经能够设计出 突破音障的飞机，并能在地球的天空中 倒着飞行。然而，在另一个世界的高空飞行，是 完全不同的事情。
来自亚利桑那大学和 NASA Ames 研究中心的一组航空航天工程师受到启发，设计了一种新的地外航空探测概念：火星滑翔机。他们最近在期刊 Aerospace 中详细介绍的概念，描述了一种不依赖任何马达或发动机，而是依靠风力在云层之上翱翔的飞机。
历史上，制造一种能够在火星上进行长期飞行的飞行器一直是一项艰巨的任务。这颗红色星球有许多条件使得飞机飞行与地球上的飞行大不相同——例如 巨大的沙尘暴、较低的表面重力，以及比我们 薄 100 倍的大气层。但早在 2021 年，火星直升机 “毅力号” 就证明了在地外行星上进行动力飞行是可能的。在其 首次飞行中，这架小型旋翼直升机爬升到距火星表面约 10 英尺的高度，并能够悬停约半分钟。
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此后，“毅力号”已成功在火星表面飞行了 29 次。然而，该飞行器最显著的挑战之一是 其持续的太阳能供电需求。“固定翼飞机受限于推进系统，”火星滑翔机研究的主要作者、亚利桑那大学机械工程研究员 Adrien Bouskela 说。“那么，我们怎样才能延长航程，[或者] 延长机载燃料？”
事实证明，这个问题的解决方案早已在自然界中普遍存在。为了扩展飞机的航程，该团队创建了一个模型，该模型使用一种称为“动态滑翔”的技术，鸟类利用风的能量进行复杂的空中机动。这项技能最初是在军舰鸟和信天翁等鸟类身上观察到的。事实上，信天翁的翅膀非常适合滑翔，它们可以在海上飞行数千英里而无需着陆休息。将动态滑翔与航空航天技术相结合意味着滑翔机可以飞行数天甚至数月而无需燃料或发动机，从而探索以前 NASA 任务从未能够到达的地方。
火星滑翔机团队还计划将该飞行器设计成完全自主的，因为它们需要能够监测大气变化并快速调整以保持漂浮。Bouskela 和他的合作者已经在地球上设计了一个计算机算法来实现这一点，但如果滑翔机要在火星上生存，它必须进行修改。
“代码中必须有一个程序来监测风、记录风、绘制风图，然后在其中找到最佳轨迹，”Bouskela 说。
滑翔机不仅节能，而且省钱。这些飞行器通常生产成本低廉，重量轻，而且由于它们是充气式的，因此足够小，可以装进鞋盒里。亚利桑那大学航空航天与机械工程副教授 Jekan Thanga 表示，它们有一天可能被用作未来火星旗舰任务的辅助有效载荷——甚至可以被装进一系列立方体卫星中。如此简单的开发过程肯定使大规模生产成为一个引人注目的想法。
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但在任何航天机构批准之前，该项目还有一些设计和生产上的障碍需要克服。该团队面临的最大挑战之一是确定飞行器将如何进入和下降火星大气层。此外，Thanga 表示，部署这些飞行器的时间表仍不确定。这时一种载具会派上用场；Thanga 解释说：“部署需要更多时间，因此我们也正在考虑使用辅助载具，例如热气球或飞艇。”
一旦飞行器最终降落在红色星球表面，滑翔机的飞行时间将不幸结束。但在地面上，它仍然可以发挥作用。
目前，团队设想滑翔机将作为气象站拥有“第二次生命”。由于它配备了摄像头以及温度、压力和气体传感器，该飞行器将继续从其偏远地区观察和记录大气数据。最终，随着足够多的固定式滑翔机，它们发送回来的信息可用于创建更好的 火星数字气候模型。
“我们对火星大气层有一些数据，但……还不够，”NASA 研究科学家兼该研究的合著者 Alexandre Kling 说。“所以这项任务的目的是更多地了解环境。”
Thanga 指出，随着技术的进一步发展，一个“完整的飞行器生态系统”可以更近距离地探索 火星峡谷，以及该行星的火山地区和高地。在此之前，滑翔机项目仍处于早期原型阶段，但如果获得适当的资金，可能在两到三年内准备好执行太空任务。与此同时，该团队计划很快在地球上对该飞行器进行测试：今年夏天晚些时候，工程师们将把模型带到机场，并将它们放飞到 15,000 英尺的高空中，这个高度足以模拟火星上的风况。
在这些滑翔机原型准备好飞越火星天空之前，还有很多东西需要学习，但正如 Kling 强调的，高风险带来高回报。
“我们可以在火星上飞行，”Kling 说。“我不是说这很容易，但它非常，非常有希望。”
