来自地球的“大鸟”

张唯诚

自莱特兄弟发明飞机至今，飞机一直没有飞出地球大气层，它们真的只能在地球的上空飞行吗？能不能在其他行星或者卫星的大气中翱翔？能不能在探索太阳系的宏伟事业中发挥它们的优势呢？

其实，人们早就有利用飞机探索太阳系的想法。20世纪60年代，科学家们曾设想将一架飞机折叠后装入一个减速仓中，然后用运载火箭将它送入火星的大气层。进入火星大气层后，再把这架飞机从减速仓中弹射出来，其携带的降落伞自动打开，同时飞机自身也由折叠状态逐渐展开成形，最后启动引擎开始在火星的大气中飞行。

这个设想到20世纪90年代开始实施，美国宇航局在一项名为“火星全球勘探者”的计划中附有一项利用飞机考察火星的内容。他们原计划在2003年的某一天将这个如大鸟般的飞行物送入火星的大气层，它的翼展为10米，重达150千克，机尾上飞旋的螺旋桨使它能在火星上空自如地飞行。这架美丽的火星飞机被命名为“基蒂霍克”号。基蒂霍克是个地名，位于美國北卡罗来纳州，是莱特兄弟的故乡，而2003年又正值莱特兄弟实现人类驾机飞行100周年。科学家们希望用“基蒂霍克”号的火星之行来纪念这个日子，并宣布火星飞行“基蒂霍克”号开辟了人类飞行史的新时代。

然而不幸的是，1999年，美国宇航局连续损失了两艘火星航天器，火星飞机的升空计划也被迫停顿。

火星直升机

尽管“基蒂霍克”号计划没有得到实施，但有关火星飞机的研究却并没有因此中断。在人们策划的行星探测活动中，火星飞机依然是科学家们予以考虑的重要部分。2015年，美国宇航局公布了一项名为“火星直升机”的项目，这是一个配合未来火星车探测火星的“附属项目”，其目的是帮助火星车快速有效地勘测地形，为火星车选择最理想、最安全的路径，从而提升火星车的行走效率。

“火星直升机”的主体看起来像一个中等大小的纸巾盒，重达1千克，顶上装有螺旋旋翼和太阳能电池，旋翼展开约1.1米。这种飞机在白天每次只飞行2至3分钟。科学家们认为，“火星直升机”是一个全新的探测工具，将它与火星车结合起来能够取得更好的探测效果，比如它比火星车的探测面更广，机动能力更强，可以探测火星车无法抵达的区域。此外，火星直升机也担任中继通信的任务，成为火星车与地球之间的中继平台。如果火星直升机部署到位，人们就可以收集到更多关于火星大气和地质方面的科学数据。

然而，由于火星的大气密度很低，在火星上飞行面临极大挑战，所以和地球上的直升机相比，“火星直升机”的旋翼更大，转速更快，还要尽可能减轻飞机自重和荷载，否则就飞不起来。好在火星的引力相对于地球也更小，在一定程度上缓解了飞行的困难。

“火星直升机”将随同即将于2020年启程的NASA新一代火星车“火星2020”前往火星。如果成功，我们将在不久的将来看到由这种“火星直升机”拍摄的精彩图像。

从火星到金星

与此同时，一款名为ARES的火星飞机也进入了人们的视野，它能在火星的山区上空进行有效的探测，这种地方大多处于火星南半球，是火星车难以施展本领的地方。当ARES抵达了火星上空后，将会同火星车一起离开母船，搭载降落伞向火星表面降落。下降到一定的高度后，火星飞机展开机翼和尾翼，启动发动机，脱离降落伞，开始自主地展翅飞翔。这种飞机的探测效率很高，它能快速飞掠火星表面的大片区域，执行包括采样、找水、测量在内的多项任务，是未来探测火星的一种全新手段。

但在火星上飞行并不像在地球上那么轻松，相比较而言，在金星上飞行就容易得多了。金星有浓密的大气，气压与地球相差无几，质量为地球的4/5，这些条件使金星在很多方面相似于地球。金星稠密的大气，使金星飞机可以装备较小的机翼。金星的太阳辐射流非常强烈，且自转一周的时间相当于地球的243天，这对金星飞机也极为有利，它因此可以获得充足的太阳能并长时间停留在白天，从而免去储存能量的麻烦。这些有利条件为科学家研制金星飞机带来了不少便利。

多年前，科学家就曾设计过一种可折叠的金星飞机，它从地球上发射时，机身和机翼折叠着，进入了金星的大气层后，就展开成一架可以飞行的飞机。其翼长达9米，上面的太阳能电池板为其提供充足的能源。在低空探测的时候，这种飞机可连续滑行几个小时，然后重新爬向高空。用这种方法，金星飞机可获取金星上不同高度的云层和大气中的各种数据。

开创太阳系探索的新局面

与此同时，科学家们还设计了一种更加先进的金星飞机，它属于“半无人机半飞艇”形式。这个由诺斯罗普·格鲁曼公司设计的机型名为“金星大气机动平台”（VAMP），是一种混合动力飞行器，其动力包括太阳能和核能，采用三角飞翼，翼展为55米。虽然比以前设计的金星飞机大多了，但它是充气的，重量很轻，变形能力很强，所以普通的火箭就能将它送入金星轨道。入轨后，这个复杂的结构会充气展开，施行减速，进入金星大气层，并“变形”成一架前方带有2个螺旋桨的金星飞机。这种金星飞机白天使用太阳能进行工作，晚上则使用携带的核电池所提供的核能，借助浮力在50～70千米的高度上漂浮。

根据设计，这只来自地球的“大鸟”，将携带20千克的科学载荷在金星的上空展翅飞翔一年之久。科学家们认为，现代金星的大气组成与古代金星大规模的火山喷发史有着密切的关系。由于金星大气的组成主要是二氧化碳，其云层的主要成分是硫磺酸，所以科学家们打算让金星飞机在金星的大气中检测硫磺的含量，揭示这种物质与金星独特地貌之间的联系。金星飞机上的仪器还可以确定金星大气中其他各类成分和同位素的比率，帮助科学家研究金星大气的演化史，揭示金星环境的演变过程。此外，它还要对金星大气辐射、空气动力、化学反应等进行研究，以及对金星表面进行遥测。这一系列任务，将为人类研究金星提供前所未有的第一手信息。

除火星和金星外，人们还将用无人机探索遥远的太阳系中的其他天体。用无人机探测太阳系将成为未来太阳系探索的新趋势，为太阳系的探索打开全新的局面。