“NASA公布机智号直升机在火星的坠毁原因”

机智号，3年时间飞行72次

Ingenuity机智号火星直升机，是一架小型直升机，自从它问世以来，就吸引力无数人的眼球。它搭载着毅力号飞往火星，在部署后，它原本只打算飞行几次，但在三年多的时间里，它飞行了72次，直至最后坠毁。最近NASA公布了火星上首次空难的调查结果，机智号坠毁是因为视觉上平坦的地形扰乱了其导航系统。

只能依赖机载设备进行导航

火星上没有卫星，也无法支持GPS，因此Ingenuity必须依赖机载导航系统，包括加速计、陀螺仪和摄像头。摄像头通过俯视地形并识别从一帧画面到下一帧画面的特征。机智号使用这些信息重建直升机的运动。在最后的飞行过程中，出现问题的是，他们飞过的地形过于平淡，他们无法跟踪特征，因此失去了控制，最终导致坠机。

问题出现在70、71、72次飞行期间

问题出现在70、71 和72号的一系列飞行，当它们飞过沙丘地带时，所有的信号都互相影响。能够支持NASA得出结论的东西非常少，他们无法赶到现场。NASA通过机智号的机载计算机得到一些线索，在事件日志中看到一大堆关于特征不足或无法找到足够的特征来跟踪地形的警告。

三个叶片断裂60%，一个叶片完全折断

他们掌握的另一条线索就是机智号着陆后地面的图像。因此，他们实际上可以看到地面上有痕迹，那是着陆支架接触地面并被拖拽的痕迹，就像喷射喷射一样。从图像中可以看到旋翼叶片全部断裂，断裂面积约为 60%，还有一片叶片完全折断，在距离机智号很远的地方。

着陆前失去动力，日志文件截断

除了分析数据有限之外，更不幸的是，在发生事故的飞行中，机智号直升机在着陆前失去了联系，显然是失去了动力。而且事件日志也被截断了，所以NASA并没有得到在致命的着陆摧毁之前的最后的信息。这给分析事故原因带来了障碍。

机智号沙海失事的过程

机智号出事的区域是一片相对平淡无奇的沙海，表面没有岩石或任何东西。第70次飞行时，飞到半路降落补给。第71次飞行时遭遇神秘的紧急降落。紧急降落并不顺利，直升机在着陆时可能会发生扭曲，导致机智号不能确定方向。在第72次飞行中，机智号启动了备用方案：定向飞行。让直升机垂直飞行，然后让侧面的摄像头指向侧面，在直升机旋转360度时拍摄地形照片，通过图像确定直升机的位置，这样就可以继续飞往最终目的地。就是在这次飞行过程中，再次遇到了跟踪地面的问题，直升机坠落时失去了动力，似乎以每秒2.5米左右的速度侧向撞击地面。

硬着陆在下坡上

当机智号下降时，看起来就像降落在下坡上，而腿部的上坡侧首先着地，并且由于垂直力和横向力的作用，它们陷入地面并留下痕迹，整个直升机扭曲并重重地落下。

没有叶片接触地面的证据

需要更进一步分析的是旋翼叶片是如何断裂的，可以看到三片叶片断裂了约 60%，一片叶片完全断裂，而且落在距离机智号很远的地方。通过查看机智号拍摄的地面图像，可以看到明显的腿部陷进去的痕迹，但NASA没有看到任何证据表明旋翼叶片接触了地面。

叶片断裂可能发生在着陆时

NASA认为叶片断裂的机理是，当叶片接触地面时，它会以极快的速度快速弯曲，形成一种动态稳定状态，就像快速扭曲一样。由于叶片旋转得非常快，所以阻力很大，会对叶片产生强大的弯矩。NASA对这些叶片在弯矩作用下的状况进行有限元模型分析，发现峰值应力的点大约在60%的位置，而这正是三个叶片断裂的地方。另外一个叶片可能在之前飞行时就断裂了。

分析为未来火星飞行器设计提供了经验

关于动力丢失的情况，根据NASA掌握的信息，最有可能的是，机智号是在准备着陆时或着陆地面时失去动力。电池可以提供的电量受限，毕竟他们已经在火星上飞行了3年。机智号遇到的这些情况都为未来的NASA设计提供了经验。如果你要建造未来的火星直升机，导航系统可能需要更强大，才能应对这些平淡的地形。你需要对电力进行优先排序，这样在失去旋翼叶片之前就不会失去航空电子设备，我们宁愿以略低的功率要求运行旋翼叶片，也不愿因为一切都失灵而失去整个直升机。

机智号还活着

虽然已经坠毁，但机智号还活着。它偶尔也会与Perseverance进行通信，但随着Perseverance继续活动，终有一天会超出通信范围。机智号被要求继续读取数据并存储火星表面的图片。根据机载闪存容量，显然它们可以继续这样做大约20年，直到最终失效或者电力系统失效。所以也许在未来的某个时候，我们的火星宇航员可以去爬上那些沙丘，捡起它。