2021年4月19日，一架名为“机智号”（Ingenuity）的小型实验无人机从火星地面起飞，这被载入史册。

这台自动飞行器的螺旋桨在稀薄的大气中快速旋转，以产生足够升力，将飞行器推到一层楼的高度。“机智号”在空中盘旋几圈，然后安全着陆，实现了人类在另一个星球上的首次遥控飞行。它降落的地点以航空先驱的名字命名，称为莱特兄弟机场。

设想，在21世纪30年代中期，一架小型汽车大小的旋翼飞机“蜻蜓号”将此技术进一步提升。它将登陆土星最大的卫星土卫六，开始人类对其首次探索。一小时后，“蜻蜓号”将会飞得比任何其他星球表面探测器都要远。

这架多旋翼无人机将飞越土卫六的表面，将在土卫六着陆一天（相当于16个地球日）进行实验，然后飞到下一个目的地。但对于外星航空器来说，最大的挑战，或许也是最大的机遇，应是极其炎热的金星。金星有着极高的温度、压力和酸性大气。没有任何登陆装置能在其龟裂的板状表面存活超过127分钟。

科学家们计划向金星发射两种飞行器。一种是太阳能动力的滑翔机，它可以在金星较为温和的上层大气中无限期地飞行；另一种是飞行翼设计，可以在接近金星地表的恶劣环境中飞行。

“开发登陆金星的技术是困难的。”加州行星科学研究所高级科学家埃尔达·诺·多布雷亚博士说，他正在进行金星任务的概念设计。“唯一的办法就是飞越金星大气层。”

特迪·扎内托斯是空中移动小组的机器人技术专家，也是“机智号”火星飞行探测器的团队负责人，他已经在研究下一代火星飞行探测器。他说，“我们知道莱特兄弟的首次飞行对地球人类意味着什么，我认为我们将在其他星球上遵循同样的模式。”

约翰·霍普金斯应用物理实验室首席研究员伊丽莎白·子比·特图说，“我从没想过这样的类比，但‘蜻蜓号’是‘机智号’首次飞行后接下来的一步。这将是第一个将全部科研装备从一个地方带到另一个地方的（空中）飞行器。”

像早期的极地航空探索先驱一样，美国国家航空航天局的工程师们意识到飞行器可以给探索新世界带来革命性的变化。标志性的机器，如火星登陆器“海盗号”和“好奇号”，以及轨道飞行器，如土卫六的“卡西尼号”，将继续在探索中发挥关键作用。

如果有合适的大气层，也可能有其他选择。机器人和可遥控的飞艇、直升机、无人驾驶飞机，甚至充气螺旋桨飞机，都是美国宇航局科学家的设想，它们可以快速收集行星表面大片区域的高质量数据，避开危险地形，获取太空轨道上无法获得的近距离图像，并从不同的角度观察目标。这样的飞行器也可以到达登陆车无法到达的地方——山脉、山峰，甚至是无法登陆的金星表面。

美国宇航局的工程师们面临的问题是，每个星球的环境对飞机的类型、载荷能力都有不同的限制，目前工程师可使用的技术也存在类似的限制。

土星五号火箭的设计者沃纳·冯·布劳恩设想用高超音速滑翔机登陆火星。科幻小说作家菲利普·K·迪克想象人类乘坐直升机登上火星。在上世纪70年代的“海盗号”登陆器之后，工程师们开始研究火星飞行器的概念，如今美国军方使用的“捕食者”无人机的特点也体现在了火星飞行器上。

在火星上，大气浓度不到地球的1%，使得飞机很难产生升力。这就意味着一架火星直升机必须非常轻，但仍能承载锂离子电池、传感器和摄像机，以及保温和绝缘材料，以保证它在火星寒冷的夜晚可正常工作。

“如果你能解决所有这些挑战，并建造一架重量小于1.8公斤（4磅）的飞机，那么就有可能。”扎内托斯说，“我们的首席工程师和团队在20世纪90年代就开始有了研究火星直升机的想法，但当时技术还不成熟。快进到2010年代，对于一个技术模型来说，它变得可能。”

该团队还研究了固定翼飞机，但在火星上使用旋翼飞机更有意义，因为没有机场。宇航局有9个不同的技术成熟度级别，从“基本原理”的1级，到通过任务操作“飞行验证”的9级。

上世纪90年代，为“机智号”提供动力的电池刚刚开发出来，很少有人意识到碳纤维等材料的潜力。同样地，用于飞行器飞行的传感器、计算能力和算法还不够成熟。人类建造和操控它们的技能也都不具备。

20多年过去了，技术日新月异。在地球上，无人机正广泛用于运送包裹和疫苗，以及调查农作物和考古遗址。扎内托斯说，“这确实是所有这些技术在正确的时间汇聚在一起，使匠心设计成为可能。”

“机智号”完成了试飞，目前仍在飞行。扎内托斯说，“我们的主要目标是证明我们可以在火星上飞行，我们做了19次飞行。我们能对未来产生的最大影响是继续试飞。”

“我们成功完成的每一次飞行都提供了宝贵的工程数据，对以后的研发将是至关重要的。”扎内托斯说，该团队还在设计能够在更长的距离上承载更重载荷的旋翼飞机。“我们想给宇航局更多的解决方案。”

（Mark Piesing）