【编者按】浩瀚宇宙，人类探索的脚步从未停歇。当“机智号”直升机在火星天空划下第一道航迹，地外飞行时代的大门已然开启。如今NASA在死亡谷的滚滚黄沙中测试新一代无人机，四足机器狗在白色沙漠中蹒跚学步——这些曾在地球战场与工厂大放异彩的科技造物，正将舞台延伸至红色星球。从旋翼轰鸣到足印深陷，从空中测绘到洞穴勘探，一场天地协同的星际侦察革命正在酝酿。这不仅是工具的迭代，更是人类认知边界的又一次突围。让我们透过沙漠的烟尘，窥见未来火星基地上空交织的飞行轨迹与地面蜿蜒的机械足迹。
美国国家航空航天局（NASA）已启动火星探测无人机测试。在与火星环境相似的沙漠地带，配备旋转翼与固定翼的无人机陆续升空，用于验证导航系统与软件性能。与此同时，一款四足火星探测机器人也在沙漠中进行训练。这些曾在战场和工业领域表现卓越的无人机与四足机器人，正将作业范围拓展至地球之外。
NASA于2021年将四轮探测车“毅力号”与超小型无人直升机“机智号”降落火星。虽然此前已有火星探测机器人，但“机智号”是首架在火星天空飞行的直升机。目前探测车仍在运行，而直升机已于去年1月坠毁，任务终结。NASA宣布，未来将改用无人机执行火星空中探测任务。
◇地外首飞直升机的继承者
NASA喷气推进实验室（JPL）于2日表示，正在沙漠地区测试用于火星表面与空中探测的无人机和机器人。今年初，研究团队将三架实验无人机带至加利福尼亚州的死亡谷国家公园与莫哈韦沙漠。为确保在火星大气中无碍飞行，沙丘环境不可或缺。去年1月18日在火星执行第72次飞行任务时坠毁的“机智号”，当时正是在沙丘上空飞行。
迄今为止，月球与火星探测仅限于通过固定式无人探测器或轮式探测车进行的地表作业。“机智号”则将地外探测的疆域扩展至天空。2021年2月18日，“机智号”附着于“毅力号”底部抵达火星。两个月后的4月19日，它在首次飞行中升至3米高度后降落。
“机智号”的成功标志着人类在一个世纪后，首次在另一颗天体实现动力飞行。为纪念这一成就，NASA将莱特兄弟1903年首次在地球实现动力飞行的“飞行者一号”飞机上的一小块织物，贴附于“机智号”机身。
“机智号”累计完成72次飞行，总飞行时间128.8分钟，航行距离超过17公里。鉴于火星大气密度仅为地球的1%，产生足够升力曾被视为巨大挑战。NASA研究人员通过使用每分钟2400转的超高速双旋翼攻克了这一难题。由于无法从地球实时遥控，无人机采用了自主飞行技术。
NASA推测，“机智号”坠毁原因在于其当时飞越的是不规则沙丘而非平坦地形。无人机驾驶员、JPL研究员罗兰·布罗克尔斯指出：“‘机智号’的设计初衷是通过观测地面视觉特征来估算移动轨迹，并在特征明显的地形上空飞行。我们希望未来的探测飞行器能安全应对沙丘等复杂区域。”
火星无人机测试也可能助力其他天体探测。NASA正在开发用于土卫六“泰坦”的空中探测飞行器“蜻蜓号”。该飞行器配备八个直径1米的水平旋翼，计划于2027年发射，2034年登陆泰坦。
◇测试长航时无人机与机器狗
自1970年代起，NASA研究人员便开始探访死亡谷国家公园——当时该机构正为首次将“维京号”双胞胎航天器降落火星做准备。死亡谷荒芜的斜坡与火山岩构造使其成为理想试验场，其中一片区域甚至获得了“火星山”的昵称。
半个世纪后，死亡谷仍是火星探测设备的常用测试场。JPL研究人员曾利用遥控直升机在死亡谷上空验证“毅力号”的精准着陆系统。今年4月末与9月初，NASA团队再访死亡谷的“火星山”与麦斯奎特平原沙丘。他们测试了不同相机滤镜对无人机地面观测的辅助效果，以及新算法能否在“火星山”类复杂地形中实现无人机安全降落。
三日后，团队转战莫哈韦沙漠的杜蒙特沙丘进行补充测试。杜蒙特沙丘曾用于测试2012年登陆火星的“好奇号”探测车，其波浪状沙丘是模拟“机智号”坠落地类不规则地形的绝佳场所。
NASA同时正在研发更大型的火星探测飞行器。兰利研究中心正在开发“火星电动可重复使用飞行器”（MERF），这是一种配备双推进器的固定翼飞机。其尺寸约相当于小型校车，可垂直起降、悬停及高速飞行。飞行期间，机身底部搭载的仪器能绘制地表图谱。
◇实施空地协同作战的机器狗
NASA研究人员还开发了用于火星表面探测的新技术，包括四足机器狗。今年8月，约翰逊航天中心团队在新墨西哥州白沙沙漠测试了一款名为“LASSIE-M”（火星模拟环境腿式自主地表科学探测器）的狗形机器人，重点评估其在流沙环境中的移动能力。
像LASSIE-M这样的机器狗未来可与新型飞行器协同执行联合任务。苏黎世联邦理工学院教授马尔科·胡特尔于8月在《自然》杂志撰文指出：“正如人类专家组队发挥多元技能，机器人也能在火星任务中互补协作。”胡特尔教授曾带领四足机器人“ANYmal”在2021年美国国防高级研究计划局（DARPA）地下挑战赛中夺冠。
NASA已开始在地球熔岩管中训练机器人，为未来月球与火星载人基地建设做准备。2021年，JPL在美国地球物理学会年会上公开了一款专为探测月球与火星崎岖地形及洞穴设计的机器狗。该机器人基于波士顿动力公司的“Spot”机器人改造，并因其自主能力被命名为“Au-Spot”。
尽管“机遇号”“好奇号”等探测车曾驰骋于平坦的火星地表，但科学家们更希望探索崎岖的地下景观。NASA研究人员指出，“Au-Spot”能够走入洞穴并在跌倒后自行恢复，非常适合火星的复杂地形挑战。
参考资料
NASA (2025), https://www.nasa.gov/solar-system/planets/mars/nasa-tests-drones-in-death-valley-preps-for-martian-sands-and-skies/
NASA (2024), https://science.nasa.gov/resource/supercams-rmi-spots-ingenuitys-broken-rotor/
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