智东西4月13日报道，此前NASA宣布，4月11日，火星直升机“机智号”（Ingenuity）将首次在火星自主飞行，但由于数据出错，首飞时间改为不早于4月14日。此次飞行中，机智号将根据航点进行自主爬升、悬停、平移、降落飞行，如若成功，将证明直升机用作探索火星工具是可行的。

　　“机智号”是一台小型双螺旋桨直升机，仅重1.8千克，大小犹如纸巾盒一般，配备高通骁龙801处理器、VGA摄像机、激光高度计、斜率计等传感器导航，由两个1.2米碳纤维转子推进。2021年2月，机智号搭乘NASA“毅力号”抵达火星，4月4日成功登陆火星表面。

　　当机智号在太空完全自主运行前，NASA喷气推进实验室进行了大量模拟练习和飞行检查，通过模拟火星大气条件、火星重力、直升机飞入火星时的物理和视觉环境等，来将机智号调试到最佳状态。机智号的首席飞行员霍华德·格里普（Howard Gripp）对该系统进行了介绍。

　　为了让机智号能在火星上飞起来，格里普团队起初使用模拟工具设计直升机原型，并在真空室中设计了一整套测试系统来复制火星的大气条件。

　　当遇到火星引力等很多无法复制的事情时，团队只能依靠模拟系统尽可能地还原，因此研发了一种火星直升机仿真模拟系统——DARTS SHELL（飞镖壳；Dshell）。该系统是一个多任务航天器模拟系统，用于测试和验证飞行和硬件，可为大型硬件模型提供支持。

　　该模拟系统基于喷气推进实验室运行30余年的多体模拟框架，格里普团队在其中加入旋翼模型和空气动力学模型，来进行火星引力、火星空气动力学环境和直升机飞入时的物理、视觉环境的模拟。

　　由于火星大气稀薄，密度只有地球大气的1%，飞行器必须足够轻盈才能够飞得动。因此，在还原火星引力时，模拟器可通过让直升机重量参数变小，或增加外部绳索牵引以达到减轻直升机重力的效果。

　　在大气和视觉环境的还原上，模拟系统能够进行直升机从预设A点到B点的完整飞行测试，包括直升机起飞时内部飞行软件的运行苹果id小火箭账号、摄像头飞行时的拍摄图像等。

　　格里普表示，模拟系统在一定程度上弥补了在地球上做不到的物理测试，团队可以根据在地球上的测试参数来验证模拟，并且能够在任意场景进行大量测试。例如团队使用蒙特卡罗法，连续飞行一千次，从中找出稳定参数。蒙特卡罗法也称统计试验法，用以描述一个系统运行过程中的随机现象。

　　目前火星直升机通过了许多测试，例如：团队可以在崎岖不平的模拟地形下运行直升机，让直升机按照既定目的行驶。”

　　但是，地球上能做的物理测试是有限的，很多方面还存在不确定性。在不确定性很高的方面，团队在力所能及的范围内构建模拟，将直升机模拟器置身于沙尘暴、气旋等极端情况下，测试超出真实参数的范围，以探讨在极端情况下的应对策略。

　　模拟系统也不完美。团队使用的模拟传感器具有现实的模拟噪声和偏差水平，摄像头图像的呈现存在现实干扰。如果不在意这些事情，就会略过很重要的细节。因此，团队尽量做到准确，并通过在高度不确定的区域进行超边界捕捉。

　　验证内容包括：1、机智号在不起飞的情况下将叶片旋转到每分钟2537转的全速；2、第一次飞行时速从每秒1米爬升到3米；3、爬升至3米处悬停30秒并原地旋转；4、下降着陆。

　　在直升机建模过程中，格里普团队发现：火星直升机的转子动力学与地球直升机大不相同，转子相应叶片弯曲时产生的振动要比在地球上小。如果不考虑这一点，直升机在真实火星环境下的反应系统将非常缓慢。

　　因此，格里普团队改变车辆设计，制造来一个极其轻便和坚硬的转子，使其能够在火星大气层中更快的旋转。

　　火星直升机的设计周期很长，需要构建和开发测试程序并多次使用真空室来测试它，而不是把它建出来之后再一点点调试。

　　对于模拟系统还有多少改进空间，格里普表示，模拟系统在运行时需要很多CPU计算资源同时运作，如果未来有更强的计算能力运用其中，模拟空间也有更高的保真度。

　　“机智号”首飞推迟，再次表明了火星上直升机运行的难度系数之高，仿真模拟系统无法预测所有存在的不确定性。希望经过修正调试后，4月14日“机智号”能如期飞行。

　　直升机与现有火星探索手段相比具有很多优势。一方面，它可以提供从地面几米到几十米高度的或型地面详细图像，弥补轨道飞行器图像分辨率有限的不足。另一方面，它能够不受地形限制充当侦察平台，与轨道飞行器配合，绘制地形图为其路径规划提供参考。

　　“机智号”若成功飞行，可为火星探索提供了一种全新途径，将加快火星生命探索、地质勘探、气候环境测量等研究进度，甚至为将来人类登陆火星进行探索做准备。