在地球上，人类在飞行技术上已经付出一个多世纪的心血了。在火星上，我们才刚刚开始。
“机智”号火星直升机，从可行性研究到工程概念的实施，再到着陆，总共耗时6年多。尽管“机智”号看上去只有玩具般大小，但却验证和演示了利用飞机探测火星的可能性。目前，“机智”号在火星上存活了一年，总共飞行距离超过了5000米，已经远远超过了设计寿命并计划延寿至 2022 年 9 月。2022年4月3日，“机智”号已经完成了第24次飞行，接受了一些极限测试任务。但是你知道“机智”号在火星上会面临多少难题吗？
“机智”号火星直升机准备起飞
第一个面临的挑战问题是火星恶劣的自然环境问题。火星大气可比地球稀薄得多，密度不到地球的1%，这意味着航空器在火星上空飞行，相当于在地球上空30多千米高空飞行。通常，一般民用直升机飞行高度为2-4公里，军机可达到6公里多。例如，我国的直9军用直升机最大升限6公里，美国的“阿帕奇”武装直升机的最大升限6.25公里。所以火星直升机机身必须设计得非常轻薄，而且旋翼转数非常之高，才能获得飞行升力和动力。
地球大气层
第二个面临的挑战就是飞行续航时间问题。“机智”号在火星大气层中飞行时，其旋翼需要以比地球飞行高得多的速度旋转。旋翼旋转速度越高，机翼组件所受到的强度就越大，而且更严重的是高速旋转意味着旋翼组件升温更快。为了避免旋翼组件过热，从结构设计理论上方面看，飞行时间应该控制在130秒以内。值得一提的是，计划于2022年9月第25次飞行实验期间，NASA设计团队正在考虑超过160秒飞行时间试验，我们期待这一时间试验的成功。
第三个面临的挑战问题是能源、重量与稳定性的综合设计问题。为了确保“机智”号在火星稀薄的大气中飞起来，电池功率要达到350瓦，这远远大于地球，在火星上没有充足的能源，只能依靠太阳能转化的电能。要想能源充足，电池输出的能量就得多，而“机智”号电池的能量与重量成正比；相应地，重量越重，则需要的升力就越大，进而要求旋翼转速越高，但采用共轴双旋翼设计，最高转速约2400转/分钟，如果机翼转速超过音速，则会造成旋翼的振动，稳定性就会下降。这可给“机智”号的设计团队在三者之间的优化设计方面带来了不小的难题。
第四个面临的挑战问题是自主飞行的问题。火星与地球相距遥远，一帧信息传输到达地球需要8-20分钟，所以“机智”号必须具备自主导航和自主控制能力。在研发过程中，科学家模拟火星环境建造了一个密封的圆筒状风洞，它高26米，直径为7.62米，里面充满了二氧化碳来模拟火星大气。为了模拟火星引力，实验室的顶端装有吊挂，把“机智”号三分之二的重力消解掉。“机智”号在这个实验室里自主飞行了75分钟，才能搭上前往火星的火箭。这就意味着，“机智”号能自主起飞、自主判断着陆点、自行完成着陆，虽然“机智”号的着陆难度远远低于探测器高速着陆，但是依旧充满危险和挑战。
除了上述问题外，“机智”号在火星执行任务还面临一系列挑战。比如火星夜间温度低至零下90摄氏度，保持电子元器件温暖足以需要一些技术，这对于电池来说堪称灾难。另外白天和夜间的巨大温差，也会给“机智”号旋翼带来形变的风险。
未来火星飞机的应用还面临巨大的挑战。目前，“机智”号是不带任何载荷（载荷就是指高清晰度相机或其他探测器），未来如果让火星飞机带上载荷，就会增加它的重量，这又将会是一个巨大挑战。
