导读： 出品：科普中国 制作：太空精酿 监制：中国科学院计算机网络信息中心 1903年12月17日，地球。莱特兄弟驾驶着比空气重的“飞行者一号”飞机，实现了在地球大气中持续且受控的动力飞行，人类从此进入飞行时代。飞机极大拓
出品：科普中国
制作：太空精酿
监制：中国科学院计算机网络信息中心
1903年12月17日，地球。莱特兄弟驾驶着比空气重的“飞行者一号”飞机，实现了在地球大气中持续且受控的动力飞行，人类从此进入飞行时代。飞机极大拓展了人类四肢能够延展的空间，推动人类进入全球化时代。
2021年4月19日，火星。在预装软件控制下，“机智号”直升机在火星大气中完成了30秒悬停，这是人类飞行器首次在地外天体大气中持续且受控的动力飞行， 标志着人类深空探测进入崭新的“飞行”时代。
火星是地球的近邻，是颗类地行星，与地球有着相似的演化 历史 与未来。这里有大气、水、有机物的存在，表面积与地球陆地总面积接近，各类资源丰富。它处在太阳系内宜居带上，关于火星生命的探寻一直是探测焦点之一。因此，这里也集中了人类对行星际空间探测的技术极致。
在机智号出现之前，共有四种火星探测方案。惊鸿一瞥的“飞掠”，登高望远的“环绕”，观天测地的“降落”和自由移动的“巡视”，整体难度越来越大。
其中，“飞掠”任务仅是早期技术不成熟或其他任务兼职探测火星时使用。环绕器能全方位研究火星和中继信号，但无法详细研究火星表面；着陆器能仔细研究火星表面的各种细节，但无法移动；巡视器（火星车）可以随处移动，但速度略慢，例如好奇号火星车在着陆9年内才爬行了251千米，平均每天行驶距离还不足8米。
按照任务复杂度和实际预算对比，常规任务的逻辑基本是“ 环绕的比不过着陆的 ， 着陆的比不过巡视的 ”。而机智号成功后，则有能力为这个逻辑再加一句“ 巡视的比不过飞行的 ”。因为它能在3-5米的空中飞行，最大水平速度可以达到10米/秒，单次飞行往返距离可达100米级别，远超火星车的能力范围。
这是火星探测前所未有的新技术，大幅拓展了研究空间尺度和可获取的信息量。毅力号火星车和机智号直升机组合，也代表了火星探测的新高度。
前往火星是第一道难关。不过机智号并不是个独立任务，它主要依托于毅力号火星车，在前往火星之旅中它处于折叠状态并被保护起来，牢牢固定在毅力号底部，毅力号通过“脐带”为它提供能量和技术支持。在确认测试区域后，机智号才展开并被释放到火星表面，与毅力号仅通过天线保持无线沟通。
火星表面白天气温可以超过20摄氏度，夜晚时可以低到100摄氏度以下，昼夜温差巨大。火星的磁场极弱，抵御强烈宇宙辐射的效果近乎为零，辐射环境复杂。早在火箭发射和着陆火星阶段，机智号还要面对剧烈的振动和冲击。因此，能顺利踏上火星表面并独立生存的机智号，可谓已经经历过重重磨难的洗礼。
在火星上飞行并非易事，最大挑战在于火星表面的空气密度和气压还不足地球表面的1%，且变动较大，这相当于地球在约30千米高度的大气状态。而在地球上，珠穆朗玛峰的高度就已经是直升机的飞行禁区。为此，科学家们需要解决一系列棘手的问题。
首先，要尽可能减轻重量，这是任务成功的关键，对于要携带众多核心结构和仪器的机智号也是最大的挑战。小小的机智号上，需要很多必备部件。例如，一片用以获取能量的太阳能电池板，两对用来提供足够升力、直径达12米的碳纤维旋翼和驱动电机，六块用以储存太阳能和给所有仪器设备供电的特制锂离子电池，一个装载所有核心处理设备、温控系统和控制系统等的机身，一台高清相机等科研仪器，一个通信天线，一套融合了惯性传感器、太阳敏感器、视觉里程计、导航相机和激光高度计等的复杂导航系统，以及四条支撑腿等核心结构。它还要高度智能，因为地火距离导致的通信时延使得人类不可能控制它飞行。
所有的设计都必须做到尽量轻、强度高、耐冲击、耐振动、耐温差、耐辐射，最后的机智号被“浓缩”为整体质量仅有18千克的“小不点”，是科研人员们“绞尽脑汁”的成果。 考虑到它8500万美元独立预算，平均每克的成本高达47万美元/克，是黄金单价的近1000倍！
其次，要尽可能获得大且稳定的升力。机智号的碳纤维旋翼被设计成了共轴反转式系统，这种设计传动系统更加简单，可以回避掉常规直升机必须携带的尾桨，再加上可折叠设计，让占用的体积空间大幅减少。同时，共轴旋转的转动惯量小，抗侧风能力更强，悬停和飞行状态更加稳定，非常适合机智号的应用需求。不过这些设计还是不够，“天下武功，唯快不破”，它需要大幅增加转速以满足升力需求。它的设计转速高达2400转/分，极限情况下甚至可以做到更高，这已经远超地球上直升机的旋转速度。
不过，这里如果要写个致谢，首要功臣还应该是火星 。它表面的引力加速度仅为地球的38%左右，这让机智号的重量仅相当于在地球上07千克物体对应的重量，这是它能飞起来的核心原因。
机智号身背诸多“人类首次”。最核心的使命是完成技术测试，预计在任务期间内完成5次飞行任务，为火星探测和地外天体探测 探索 新的技术维度。因此，它的科学研究功能并不复杂，主要聚焦于拍摄高分辨率地面图像，发回毅力号。由于近乎贴地飞行，它核心科学相机拍摄的彩色覆盖范围更广、分辨率更高，对于了解毅力号周边环境有很大意义，相当于为它赋予了一双“火眼金睛”。然而，仅5次飞行任务，还包括首飞的短期悬停测试，可想而知并不能真正提升毅力号的研究能力。飞行期间，毅力号还要聚焦于它，为它留下火星飞行的美丽合影。
这次测试任务的成功，不仅彻底打开了人类对于火星探测的技术发展空间，也为其他带有大气层的地外天体探测开辟了新思路，甚至可能成为主要探测方式。例如，泰坦是土星最大的卫星，那里有着稠密的氮气和甲烷主导的大气，惠更斯号着陆器曾经在2005年实现了着陆的伟大壮举。在未来的任务规划中，美国宇航局（NASA）已经确定了“蜻蜓号”任务，它就是个纯粹的飞行器，利用旋翼飞行系统 探索 泰坦的大气和地表，预计收获的科研价值远超定点着陆器。人类所熟知的金星，是个大气密度远超地球的地方，飞行器也是探测它的最佳方案之一。此外，木星、土星、天王星、海王星，也都拥有浓密大气层，未来的探测器设计思路，也会被这次火星飞行测试成功所影响。
让人欣慰的是，科学家们也把一份极致的浪漫通过机智号带到火星。机智号太阳能电池板下的一条电缆上，覆盖的是一小片“飞行者一号”机翼上覆盖用的蒙皮。时隔118年后，它见证了人类飞行梦想在另一颗星球的起飞。未来，人类的星辰大海之旅还将见证越来越多的飞行奇迹。
这些珍贵的探测器，不仅为人类延展了四肢，让我们能跨越时空触碰这些星球。还为人类延展了大脑，让我们时刻憧憬着星辰大海的梦想。
如果人类有翅膀，那么一定能飞，或者至少在人类进化的某个阶段能飞，只是现在也许退化了不能飞了。
这是因为——进化出翅膀来是做什么的呢？不就是为了飞吗？如果人类进化出了翅膀，意味着人类必然也同时进化了发达的可以飞翔的肌肉，也意味着人类的体重必定很轻，骨骼可能是中空的。
很难想象人类会出现只进化出一对翅膀，却没有进化出适合飞翔的其它特征，那样的话，进化出一对翅膀来是什么目的呢？要知道生物进化史上的每一个进化都是有其目的的，绝对不会凭空进化出一个只能作摆设的东西来。
至于人这么大的动物能不能飞，你只需要看看远古时候的翼手龙就明白了。
其实人是可以飞的，
但是不是每个人都可以。
引：
我们的身体会飞翔——人体漂浮之谜！
在印度北方的边远山区纳米罗尔村，有一位60多岁的老人名叫巴亚。米切尔。他修炼瑜珈功有40多年了，据说他的身体能在山林上空飘浮，如同仙人。
美国《科学与生活》杂志记者史密斯，目睹了现实生活中的真正“超人”后，心中无比振奋，如同哥伦布发现了新大陆一样。史密斯提出：用重金骋请巴亚。米切尔去美国作表演。
巴亚。米切尔很有礼貌地回绝重金之聘。他说：“我是个虔诚的印度教徒，练瑜珈功有40年了。在这深山丛林中安静地生活，对金钱、名利早已淡泊了……”当几位科学家问他是如何练成这奇妙的功夫时，巴亚。米切尔很认真地回答：“这必须经过严格的精神训练，才能学到这门技巧，而肉体上的训练更为艰辛。只有精神高度集中，才能将人体内潜藏的巨大‘魔力’解放出来……”这些话，并不能解除科学家们心里的疑问，人体内潜藏的“魔力”到底是什么？是如何突破物理学上的万有引力定律的？关于人体在空中飘浮，卡莱曼思教授和印度的几位科学家发现：在印度的古书——《佛经》上早有记载：早在2千年前，佛教的高僧们就能毫不费力地飞向天空，他们将空中所看到的景色，绘成巨画。印度考古学家们曾发现一幅巨大的石雕，它绘制的是印度2千年前恒河流域的曼达尔平原景色，完全是以高空鸟瞰角度绘制的。当时没有直升飞机，人们怎样从高空来绘制的呢？科学家们一直把印度古《佛经》中的记载当做神话，如今他们亲眼目睹了人体飘浮升空，不能不承认记载是事实。有关人体飘浮升空早在本世纪初就有人目睹。
1910年英国著名的探险家彼得。亚巴尔到缅甸北部丛林考察探险，在一座边远山区的大寺院里认识了一位修行老僧。这位老僧每天早晨在寺院门前静坐十多分钟，然后盘坐的身体慢慢升空，在深山的丛林上空飘一圈，才慢慢地落到地上。亚巴尔被这一神奇情景惊呆了，他用照相机从不同的角度拍摄了这位修行僧空中飘浮的镜头。回国以后，他在英国《卫报》发表了自己拍下的照片及自己看到的这位僧人升空的情景。当时有些英国科学家们不相信，认为亚巴尔是幻觉，中了一些宗教巫师卖弄的障眼法伎俩。亚巴尔坚决否认，他认为自己当时头脑清醒，目睹的情景真真切切。这位僧人在做人体高空飘浮时，并没有邀请他观看，是他偶尔碰上的，根本没有什么障眼法之说
400年前伽利略把望远镜指向星空，彻底把人类的好奇心带上了星际。上个世纪美国和苏联展开太空竞赛，也掀起了人类太空 探索 的热潮，当然也积攒了足够的经验。
每一次尝试都开启了新的时代，例如1957年苏联发射了人类的第一颗人造卫星，一个铝合金制成的大圆球；1959年苏联把宇航员送入太空，加加林也成为第一位进入太空的人类，同时也是第一个亲眼目睹地球是圆的。
在1969年至1972年NASA进行了密集的载人登月计划，共成功了6次把12名宇航员送上了月球表面，并且在后三次甚至把月球代步车都弄了上去，绝对是人类的第一次。尤其是阿姆斯特朗作为阿波罗11号的宇航员，他也成为第一个登上月球的人类，在月球表面上留下了第一个脚印。就像他当时所说的那句话：这只是我的一小步，却是人类的一大步。
太阳系内已经遍布人类的痕迹，很多天体都有人类的探测器，但是此前从未有一颗释放了人类的飞行器。
2020年是火星探测的窗口期，共有三个国家三颗探测器飞奔火星，其中包括我国的“天问一号”、美国的“毅力号”以及阿联酋的“希望号”，目前三颗探测器都已经开展各自的探测任务。2021年2月19日毅力号成功在红色星球着陆，跟它一起的还有“机智号”飞行器，这也是人类的第一颗准备在异星上起飞的飞行器。
虽然“机智号”一再推移起飞时间，但是在4月19日终于等来了它的首飞，这架仅仅有18公斤重的无人机在火星上完成了首飞，按照设计要求它的旋翼桨叶在12秒内转速从0上升到2500转每分钟，并用6秒钟上升到3米高空，在空中盘旋了30秒左右，最后安全降落。整个过程用时不到一分钟，却也算是开启了一个新的时代，人类探测器在异星上起飞。
下边是“机智号”底部携带相机拍摄的照片，照片中可以看到火星表面以及“机智号”自己的影子。由于地球和火星之间的距离，即时通信无法实现，是存在一段时间延迟的，因此“机智号”这不到一分钟的飞行，我们无法真正的实时感受到，只能在它完成操作后知道结果。
“机智号”的设计追求极简，就是为了尽量减轻它的重量，它没有自动扶正系统，因此说每一次的降落都是一次风险，如果“机智号”不小心歪倒，那么它将无法实现自动扶正，只能报废。目前首飞的成功很令科学家振奋，接下来它可能要用一段时间进行充电，在未来的一个月继续执行试验性任务，例如飞的更高或者更远位置。
人类在地球上的飞行器实际上 历史 并不长，最早可以追溯至1903年美国莱特兄弟试验的飞机。而在火星上起飞难度要更大，不考虑控制飞行、抵抗极端环境的因素外，火星上的大气层是非常稀薄的，只有地球上的1%左右。要想让“机智号”从火星上起飞，它的旋翼旋转速度要足够的快，这它已经做到了。
虽然目前只是人类简单的尝试，但未来如果可以正式投入使用，那么对于人类的探测速度将有极大帮助，大家都知道火星车的行进速度非常慢，并且对于地形还是有一定要求的。未来异星上的飞行器如果可以真正投入使用，那么将是一次飞跃。尤其是那些具有极端环境的天体，无论是坑洞还是悬崖峭壁，都可以通过飞行器简单的探测。
例如NASA正在研制的“蜻蜓号”未来打算在土星的卫星泰坦上着陆探测，这是一颗表面充满着液态甲烷和乙烷的天体，不时地还会下起甲烷雨。上个世纪发射的旅行者一号在土卫六上发现了大气层的存在，后来发现这也是太阳系内唯一拥有天然大气层的卫星，当然它的大气层主要是氮气并且足够丰富。
人类的快速发展正在不断改变着我们的生存环境，当然也在不断的拓展新的生活环境，不仅仅是在地球而在新的天体上也是如此。
