火星探测正吸引着全世界的目光，但这颗红色星球上的极端环境严重束缚了传统火星车的探测能力。因此，能摆脱火星崎岖地形限制的飞行器就被视为新一代火星探测器的发展方向。

今年4月，美国“机智”号无人直升机在火星上实现首飞，令舆论哗然。其实，早在2019年，中科院相关团队就已针对火星无人机开展预先研究，经过为期两年的研制，日前自主设计研制的火星无人机原理样机预研项目已通过验收。

火星无人机长啥样？

从公布的原型样机外形来看，火星无人机与人们平日里看到的有四个螺旋桨的方形无人机不同。它是一种共轴双旋翼无人直升机，机翼正下方是高度集成的能源、控制及有效载荷系统。

火星无人机的“头”上有两根平行的、各1.4米长的螺旋桨，螺旋桨的下面有四条机械“腿”，还有一个等待包装起来的四方型“肚子”，“肚子”里可以安装作为“大脑”的计算机及电池等单元。这台无人机搭载了一台微型光谱仪，所有的设备加起来，无人机总重量为2.1公斤。

为什么要采用这样的设计？

火星上显然没有可供传统飞行器起降的跑道，从简化结构的角度出发，火星无人机也不适合采用弹射或滑跑等起飞方式。

据中国科学院国家空间科学中心研究员卞春江透露，鉴于火星探测及其地表环境特点，具有垂直起降能力的火星无人机成为最优的选择，当前垂直起降无人机主要有单旋翼尾桨式、多旋翼式（四旋翼为主）、共轴双旋翼式三种体制，结合火星重力场和地表大气特性进行综合评估，共轴双旋翼是火星无人机目前的最优技术路线，“我们认为未来火星无人机将会以这条技术路线为主”。

火星无人机扮演的角色

在谈到火星无人机的任务目标时，卞春江透露说：“我们研制的火星无人机项目正式名称是‘火星地表巡飞光谱探测系统’。针对火星车在复杂的火星地表行驶受限多、前进速度慢、探测范围较小等问题，我们提出一种可在火星地表巡飞的多光谱探测系统。它是一款载有微型光谱仪的巡飞无人机，可充当火星车的领航员，实现火星车探测效能倍增。本项目通过开展系统样机研制，评估未来火星地表大范围巡飞多光谱探测技术的可行性。”

根据卞春江的介绍，未来火星无人机主要扮演两大角色。

一是“火星车行驶领航员”。由于火星表面地形复杂，即便火星车经过专门设计，但仍有很多危险区域无法通行。按照火星无人机的设计能力，在一次飞行中，它可以完成半径几百米范围的火星地表成像，快速、精确掌握火星车周边地形和地表物相关成分。

二是“火星车探测效能倍增器”。火星无人机的飞行速度快，能快速覆盖并掌握周边地表形貌和成分特性，发现并引导火星车快速抵近高价值目标，又快又准地实现科学探测，推动火星车对高价值目标探测能力的“倍增”。

火星无人机面临的挑战

依靠旋翼提供升力的无人直升机，要在火星上起降面临非常大的技术挑战。这是因为火星上的大气非常稀薄，火星表面的大气压只有地球表面大气压的0.7%~0.8%，相当于地球表面3万~4万米高空的气压，需要旋翼以极高的速度运转才能提供足够的升力。

此外，它还需要克服火星上的极低温度和自主充电等难题。正因为相关技术难度很大，因此美国“机智”号无人直升机这次火星任务没有携带科学设备，专心研究如何克服在火星上的保温、充电、自主飞行、拍照等诸多技术难题。

卞春江表示，火星无人机项目当前的研究目标是突破火星地表巡飞探测系统的关键技术，验证技术可行性，为未来火星地表区域巡飞光谱探测奠定技术基础。

通过火星地表巡飞光谱探测系统原型样机研制与环境模拟试验测试，已验证相关技术的可行性。后续将重点围绕火星地表复杂环境长期生存问题，开展相关技术攻关与验证工作。

他表示，火星地表巡飞光谱探测系统可以实现对火星地表的土壤、岩石成分进行较大范围快速粗探，帮助火星车规划高价值探测目标和高效行驶路径，引导火星车抵近实现更高效和安全的精细探测，期待它能在中国未来的火星探测任务中发挥作用。

“未来5到6年将是研究的窗口期。”卞春江说，“我们希望能够攻克这些技术难题，让无人机搭载下一次火星探测任务登上火星。”