美國航太總署(NASA)噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)成功在模擬火星環境中測試新型旋翼葉片,結果顯示其尖端速度已突破音障(sound barrier)。
音障是指飛行器在接近音速飛行時,由於空氣壓縮效應使阻力急遽增加,同時操控穩定性變差,進而形成速度難以再提升的現象。過去這一臨界速度曾被視為人類飛行難以突破的極限。
據科技新聞 Interesting Engineering,這項測試在專門的真空艙中進行,顯示未來飛行器可在火星稀薄大氣中,以超音速速度飛行,以克服升力不足的挑戰。
在 137 次的測試中,旋翼葉尖達到馬赫 1.08。換算為地球環境約為時速 1,223 公里,但在火星上,由於大氣密度極低且氣溫極低,同樣的馬赫數對應的實際速度為時速 869 公里。。
這項突破將為 NASA 預計於 2028 年執行的 SkyFall 任務奠定基礎,該計畫將部署可攜帶更重型科學儀器的火星飛行器。
NASA 噴射推進實驗室火星探索計畫經理 Al Chen 表示,NASA 在火星直升機機智號(Ingenuity)取得了大成功,而新一代飛行器將在火星上承擔更多任務。
2021 年 4 月 19 日,「機智號」在火星成功起飛並降落,首次證明旋翼機即使在火星的極稀薄大氣中仍可運作。原本任務僅規劃在 30 天內進行 5 次試飛,但在達成目標後持續延長,最終累計完成 72 次火星飛行任務。
從機智號到 SkyFall
以 2021 年成功在火星完成首次動力飛行的機智號為基礎,新一代 SkyFall 計畫將從技術驗證轉向科學探索任務。新型飛行器將搭載感測器與科學儀器,在低空蒐集關鍵數據,支援無人任務與未來人類登陸火星的行動。
由於火星大氣僅為地球的 1%,工程師必須讓旋翼以接近音速的速度旋轉才能產生足夠升力。為避免失控,早期設計的旋翼轉速被限制在 2,700 rpm(每分鐘轉 2,700 圈),並保留安全裕度,以應對音障與火星沙塵暴造成的氣流變化。
SkyFall 測試成果
為評估新一代火星直升機設計,團隊在太空模擬艙中測試三葉片旋翼,並以二氧化碳與金屬襯層模擬火星環境,以防葉片損壞。
直升機旋翼在 3,750 rpm時達到馬赫 0.98,並在逐步增加逆風測試下持續運作。最終測試顯示,當葉尖速度達馬赫 1.08 時,升力提升約 30%,助力未來飛行器可攜帶更重的科學儀器與電池。




