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“纳米纸板”飞行器可以用作火星大气探测器
2020-04-27
[据每日航天新闻网2020年4月22日报道]考虑到外太空飞行的风险,宾夕法尼亚大学的工程师们提出了一种探索其他星球天空的不同方法:一组微型飞行器(“纳米纸板”飞行器),每个飞行器的重量和一只果蝇差不多,而且没有活动部件。尽管重量只有三分之一毫克,宾夕法尼亚大学的工程师们正在测试“纳米纸板”飞行器提升有效载荷的能力。成批的飞行器可以从星体表面上的巡视器中发射,然后用激光操纵它们收集样品。拥有稀薄大气层和低重力的行星及其卫星将通过飞行器上波纹通道发射的空气来增强其悬浮能力。

这些飞行器是由纳米纸板制成的,当强光照射到它们时,它们就会悬浮起来。当板子的一侧升温时,温差使空气在其空心结构中循环,并从波纹通道中喷出,将其推离地面。最近的研究证明了纳米纸板在类似火星环境下的飞行和有效载荷能力。那里稀薄的大气层会给飞行器一个推力,使它们能够携带十倍于自身重量的有效载荷;较弱的火星引力将进一步增强它们的能力。

研究人员最近开展的研究是测量飞行器携带模拟载荷的能力。研究这些动力学对于审查纳米纸板作为大气探测器材料的潜力是很重要的,特别是在其他星球上,包括火星、冥王星和海王星的卫星海卫一。但即使在理想的火星大气环境中,这些微型飞行器也只能携带至多几毫克的传感器和有效载荷。因此,研究人员正在研究如何使化学传感器小型化,以探测水或甲烷。除了携带传感器,“纳米纸板”飞行器还可以简单地着陆,让尘埃或沙子被动地附着在上面,然后把它们送回巡视器,这样巡视器就不需要行驶那么远了。巡视器也可以提供一种控制“纳米纸板”飞行器的方法。尽管没有活动部件,但它们可以通过精确的激光来控制,因为流出通道的气流方向取决于加热板的哪一部分。

此外,“纳米纸板”飞行器在地球上的应用也是可能的。就密度而言,地球的中间层与火星大气层非常相似,但目前没有任何东西能飞到那里,因为它对于太空卫星来说太低了,但对于飞机和气球来说太高了。理想情况下,人类也希望在那里安装一些传感器,因为对那个层次上的大气运动了解得越多,就能对地球的气候甚至天气做出更好的预测。(中国航天系统科学与工程研究院  李虹琳)

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