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

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。

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：

●  静态测试：用代表性质量块推拉机构，验证它能否承受预期载荷；

●  展开测试：看系统下放得是否平稳、迅速，能否可靠锁定到位；

●  倾斜测试：把测试硬件倾斜到不同角度反复展开，模拟后壳在降落伞下摆动的情况。

姿态结构把后壳连接到一个铝制接口结构上，这个接口再连到蜻蜓号着陆器。真正下降时，姿态机构会把接口连同蜻蜓号一起放低，随后旋翼机分离，靠自己的动力开始飞行。

所有这些测试，都是为了确保这一关键转换在距地球近16亿公里之外真正执行之前，万无一失。

07  小科普：为什么要去土卫六飞？

土卫六是太阳系里唯一拥有浓厚大气层的卫星，表面有液态甲烷构成的湖泊和河流，还有大片由有机物组成的沙丘，被称为“像地球的卫星”。

这里大气浓厚、引力较小，非常适合飞行——这也是NASA选择派一架旋翼机而不是火星车那样的轮式巡视器的重要原因：飞一趟，就能跨越轮子要爬很久的距离。

蜻蜓号将在三年里辗转多个地点，研究土卫六的化学、地质和大气，最终帮助人类理解生命的化学起源。

08  写在最后

从单个旋翼转动，到完整模拟首飞；从计算机测试平台，到真正的飞行系统，蜻蜓号正在一步步把“在另一个世界飞行”变成现实。

— 2034年，人类的“蜻蜓”将在土卫六上起飞 —

距离那一天，还有8年。