NASA蜻蜓号完成最全面的“首次飞行”模拟

“蜻蜓”号“首飞”模拟的屏幕截图。该综合模拟在约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）的飞行类计算机测试平台上运行，涵盖了该旋翼飞行器2034年抵达土卫六时将采用的大部分系统和机动动作。蓝绿色线条标示“蜻蜓”号的飞行路径，显示该旋翼飞行器如何飞越一处安全着陆点上空、绕回并开始最终下降。图源：NASA/约翰斯·霍普金斯大学APL 导读 一架旋翼飞行器在土卫六的沙丘上空自主飞行、寻找降落点、稳稳着陆——这一幕，NASA的蜻蜓号（Dragonfly）刚刚在地面“预演”了一遍。这是迄今为止对它“首次飞行”最全面的一次实时模拟。 蜻蜓号速览 ▶ 目的地：土卫六（泰坦），土星最大的卫星 ▶ 发射：最早2028年，飞行约6年 ▶ 抵达：2034年 ▶ 任务：在土卫六上飞行3年，辗转多地考察化学、地质和大气 ▶ 研制：约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室（APL） 01 一次“假装在土卫六”的首飞 画面是这样的： 蜻蜓号与保护它的后壳分离，自主地掠过土卫六的沙丘。它一边飞，一边扫描下方地形，寻找安全的降落地点。 发现合适位置后，它转向、下降，稳稳落在选定地点，第一次触碰土星最大卫星的地面。 一次完美的首飞。只不过，这一切并不是发生在土卫六上，而是在马里兰州劳雷尔的约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）的一台计算机测试平台上。蜻蜓号目前正在这里进行集成和测试。 这是迄今为止，在类飞行航电设备上对蜻蜓号“首次飞行”进行的最全面的实时测试，涵盖了它2034年抵达土卫六后要用到的大部分系统和机动动作。 模拟画面中，蓝绿色的线是蜻蜓号的飞行路径：它先飞越一处安全着陆点，再绕回来，开始最终下降。 02 为什么“首飞”最难？ — 首飞最酷的地方在于，它是我们最具挑战性的一次飞行 — APL蜻蜓号移动子系统首席工程师扎克·普特南（Zach Putnam）说：“它要用到着陆器上每一件飞行传感器硬件。” 2026年8月19日，技术员埃默里·图米在马里兰州劳雷尔的约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）的一间洁净室中，安装了蜻蜓号两台导航相机中的一台。图源：NASA/约翰斯·霍普金斯大学APL/埃德·惠特曼 这次测试把飞行软件、航电系统，与蜻蜓号在土卫六上将使用的各类传感器的模拟数据整合在了一起，包括： ● 新安装的导航相机； ● 惯性测量单元（IMU）； ● 激光雷达系统（LiDAR）。 今年8月19日，APL的技术员在洁净室里为蜻蜓号安装了两台导航相机中的一台。 03 从转动一个旋翼开始 这个里程碑，是多年一步步积累出来的。 团队采用渐进的方式构建蜻蜓号的飞行能力： 1 最早只模拟相对简单的动作，比如单个旋翼的旋转； 2 后来演示了一次短距离的“换位”飞行； 3 再后来是一次部分侦察飞行； 4 每一步都加入更多传感器和功能，最后由激光雷达补上最后一块拼图。 “正是这种循序渐进，才让我们能把这些测试搭建起来。”普特南说。 激光雷达负责测量地形的高度和坡度、识别潜在危险。有了它，团队终于可以完整模拟蜻蜓号在土卫六上会遇到的一切。 04 毫秒级的“以假乱真” 为了让模拟足够逼真，团队做了两件事： ● 为激光雷达生成模拟地形； ● 实时生成导航相机“看到”的画面。 他们专门开发了一套相机模拟器，用GPU渲染每一帧土卫六场景，耗时大约20～70毫秒，和蜻蜓号相机在实际飞行中的曝光时间基本一致。 洛克希德·马丁公司丹佛工厂的工程师们正在监测蜻蜓号位姿机构的测试，该系统将在土卫六下降过程中，把旋翼飞行器从后壳内部的收纳位置下放至释放位置。图源：洛克希德·马丁公司 在类飞行硬件上跑完整套流程，让团队看清了各个部分如何协同工作，甚至包括信息在着陆器不同进程之间以毫秒计传递时的细节。 “这些测试是一次重要的验证，证明一切都能协同运转。”普特南说。 05 在土卫六，一切只能靠自己 接下来还有更多测试： ● 在蜻蜓号真正的飞行系统（而不是测试平台）上，用它自己的航电设备再跑一次首飞； ● 测试其他飞行剖面； ● 故意制造故障，确保出问题时蜻蜓号能自主应对。 为什么这么强调自主？因为土卫六太远了。 地球和土星之间，无线电信号单程就要一个多小时。等地面看到问题再发指令，黄花菜都凉了。 — 在土卫六上做的每一件事，都必须自主完成 — —— 普特南 06 首飞之前，先“摆好姿势” 在土卫六首飞之前，蜻蜓号还得先完成一个关键动作：从后壳里“降”下来。 进入土卫六大气时，蜻蜓号收纳在进入系统的后壳里，挂在降落伞下方。它需要被放低到后壳下方，在空中启动旋翼，然后才能与进入系统分离，开始最后的下降。 负责这一步的，叫“姿态（pose）机构”。 在科罗拉多州丹佛的洛克希德·马丁公司——蜻蜓号的星际巡航级，以及大气进入、下降和着陆组件都在这里组装——工程师们最近完成了一系列测试： ● 静态测