美國宇航局（NASA）的航天器即將在另一個星球上升空。作爲今年夏天進行的火星探索任務的一部分，NASA將嘗試做些以前從未做過的事情：操控直升機穿過火星稀薄的大氣層。如果成功，這架名爲獨創號（Ingenuity）的小型直升機將爲未來的機器人探測器創造鳥瞰火星和太陽系其他星球的新途徑。

在火星上飛行面臨着諸多挑戰，因爲那裏沒有太多的空氣可以產生足夠升力。在火星表面，大氣層的密度只有地球的1/100，但較小的重力（約爲地球1/3）有助於升空。不過，從火星表面起飛相當於在地球上30480米的高度飛行。地球上從來沒有直升機飛得那麼高，這個海拔也是噴氣式客機通常飛行高度的兩倍多。

獨創號將與火星探測器毅力號（Perseverance）同時前往火星，後者將是NASA派遣到這顆紅色星球上的第五輛機器人探測車。這項任務計劃於7月20日發射，也是今年前往火星的三項任務之一。

在上週的新聞發佈會上，NASA局長吉姆·布里登斯廷(JimBridenstine)在預覽毅力任務時，特別強調了獨創號的重要性。他說：“我要告訴你們，作爲一名NASA管理人員，最讓我興奮的事情是準備觀看直升機在另一個世界上飛行。”

對於在另一個星球上的機器人探測器來說，四處移動的能力爲它們提供了巨大的優勢。行星科學家不再拘泥於盯着一個地方。探測車可以穿越這片風景，停下來近距離觀察有趣的岩石。這種自由是獲得目前對早期火星理解的關鍵，即這顆現在又冷又幹的星球曾經是潮溼的，至少擁有些可能適合生命居住的環境。

獨創號本質上是旅居者號的空中版本，它展示了一種新技術，這種技術可能會在以後的任務中得到更廣泛的應用。獨創號的主體部分大約與壘球大小相當，有四條細長的腿伸出。兩組葉片（長約10釐米）以相反的方向旋轉。它只有1.8公斤重，高約46釐米。

有些技術進步，比如電子產品的微型化、儲存更多能量的電池，以及可以做成輕質葉片的材料，終於讓火星飛行器的夢想在技術上成爲了可能。而將這種可能性轉化爲一架正常功能的直升機花了研究人員數年時間進行反覆試驗。

到2014年底，工程師們已經建造出小型原型。這架微型直升機被放置在一個房間裏，那裏的大部分空氣被吸出，以複製火星大氣的密度。因爲還沒有編寫直升機飛行控制軟件，團隊中的一名成員試圖用操縱桿來引導其運動，就像業餘愛好者駕駛無人機一樣。然而當槳葉旋轉時，雖然直升機升起了，但隨後立即失去了控制。

葉片在以每分鐘2000到3000轉的速度旋轉時會上下彈跳。在地球上，空氣對葉片的壓力會使彈跳最小化。但在火星稀薄的大氣中，彈跳造成了不穩定，使得直升機的運動很難控制。解決方案原來是讓葉片稍微堅硬一些，但這會增加重量。

這項工程涉及一系列折衷方案，以適應直升機尺寸、重量和電池電量的限制。與此同時，格里普帶頭開發了計算機算法，這些算法將能夠足夠快地操縱和調整直升機的飛行，以自動對火星上不斷變化的大氣條件做出反應。

2016年5月，下一架直升機原型準備就緒。在模擬透明火星大氣層的同一個房間裏，直升機上升，然後穩定地盤旋並實現了軟着陸。有史以來第一次，一架直升機原型在模擬火星大氣條件下進行了控制飛行，儘管它仍然連接着外部電源和計算機。

完整的設計，包括電池、高通驍龍處理器，與手機、通信系統和傳感器完全集成在一起，於2018年1月準備就緒。爲了模仿火星較弱的重力，一個滑輪向上拉以抵消部分地球引力。房間裏的空氣密度再次下降。但這一次，沒有留下少量的地球空氣，而是注入了少量二氧化碳，這是火星大氣的主要成分。

當明年2月份，即毅力號登陸火星大約兩個月後，研究人員將對獨創號開始測試。毅力號會找到一個合適的平坦地方，把直升機釋放到地上，然後開到至少100米遠的地方。米米·昂說：“直升機再也不會回到探測器中。”

在隨後的30天內，直升機將進行最多5次飛行，但其大部分時間都會坐在那裏等待太陽能電池板給電池充電。

首次飛行是上升數十釐米，盤旋30秒，然後着陸。隨後的飛行將會更長、更高、更遠。在第五次飛行中，如果一切正常，獨創號將升空約4.6米，飛出150米遠，然後回到它開始的地方。它有兩個攝像頭：一個是向下的黑白攝像頭，用於跟蹤它所在的位置；另一個是彩色攝像頭，用於觀察風景。這次飛行將持續一分半鐘。

一旦飛行完成，獨創號將留在最後的着陸點，毅力號將驅車完成剩餘的任務。米米·昂說，這項技術可以應用到更大的飛行器上，重量最高可達13.6公斤，而不僅僅是1.8公斤。這樣的直升機可能足夠大，可以攜帶更重的相機和其他儀器。

NASA已經計劃向土星最大的衛星Titan（土衛六）發射一架核動力旋翼機——蜻蜓號（Dragonfly）。但土衛六的大氣層很厚，因此在那裏飛行不會帶來與火星相同的技術挑戰。

即使未來的直升機前往火星，它們幾乎可以肯定永遠不會成爲那裏的宇航員可行的交通工具。米米·昂稱：“你不會想到把它擴展到可以像在地球上那樣載人飛行的地方，畢竟那裏沒有足夠的大氣。”