小型四轴飞行器可以为中国的样本返回任务收集岩石

太空探索总是在变化。在2021年2月之前，从未有过人造飞船在另一个世界的大气层中飞行(除了到达或离开的火箭推进着陆器)。毅力号火星车改变了这一点，它携带了一架名为Ingenuity的无人机。它彻底改变了行星探索，现在，中国正在参与其中，提议使用四轴飞行器执行火星样本返回任务。

我们对火星的探索通常仅限于轨道飞行器、着陆器和漫游车。轨道飞行器非常擅长获取全球范围的数据或覆盖大片土地的数据，而着陆器则非常擅长获取表面细节，甚至分析表面材料。漫游车通过能够探索着陆区域而增加了额外的维度，但一般来说，漫游车速度缓慢且无法穿越很长的距离。他们也无法在非常不平坦的地形上移动，这使得他们的能力有限。

当“毅力”号着陆时，它携带了“聪明号”无人机，或者更准确地说，它被归类为直升机。它的翼展从转子叶片的尖端到尖端为1.2m，重量为4磅(尽管在火星上它的重量为1.5磅)。虽然其射程仅为300m，但事实证明它是可以做到的，自部署以来已完成66次飞行，总飞行里程达14.9km。

哈尔滨工业大学和中国空间技术研究院最近在《宇航学报》上发表的一篇论文提出了一种用于火星的四轴飞行器，与“匠心号”不同，它能够收集重达100克的样本并将其返回着陆器。实现这一目标的关键挑战是火星大气层的稀薄性。它不到地球上的1%，因此，转子叶片产生的升力显着减小。为了获得足够的升力，叶片的尺寸超出了地球标准。

人们从早期的设计中探索了无人机的替代解决方案，例如翼展为21m的基于飞机的Astroplane或翼展为1.73m的MAPMarsFlyer。由于起飞和着陆区域的建设可用性，这两种款式都打了折扣。该团队得出结论，旋翼机的配置是正确的，并开始设计一种可以检索和运输样本以执行返回地球任务的飞机。

论文提供了飞行(包括自主飞行)系统、旋翼配置、机械臂、成像技术和航电系统的详细设计原理图。所描述的MarsBirdV11目前还处于设计阶段，尚未计划用于任何任务，但想到火星探索的未来是从火星空气中进行，这是令人兴奋的。