机械工程专业的学生帮助NASA设计火星直升机

时间：2021-10-26 11:52:04 来源：

应届毕业生Showvik Haque（左）开玩笑说，斯潘塞实验室（他是UD机械工程系的所在地）是他的“家”。自六年级以来，他和机械工程专业的资深学生Allysa Tuano一直是最好的朋友。他们也是位于硅谷AMES研究中心的NASA旋翼飞机分部的资深实习生。

首先出现的是艾丽塔：火星女王，一部1924年的无声电影，讲述了一位俄罗斯工程师搬到红色星球，并爱上了它的领袖。在2015年代的火星人中，马特·达蒙（Matt Damon）用人类的粪便给异质土壤施肥，以实现自己对太空的使命。现在，在一部名为 Away的Netflix新电视剧中，一支国际宇航员团队将其家人抛在了身后，前往火星进行了为期三年的任务。在月球上的停留期间，希拉里·斯旺克（Hilary Swank）扮演的指挥官告诉世界：“我们将团结起来，追求一个曾经被认为不可能实现的梦想。如果我们能够做到这一点，我们将无所不能。”

长期以来，世界幻想着人类踏上这块干旱，多岩石，多山的球体。但是梦想依然存在-科幻小说中的幻想只保留给漫画书和好莱坞大片。这可能很快就会改变。

在此插图中，当NASA的恒心漫游车（部分可见于左侧）滑行时，NASA的Ingenuity火星直升机站在红色星球的表面上。

根据NASA的说法，如果技术发展按计划进行，那么到2030年代，可能会开始进行现实生活中的“红色星球”载人飞行任务。在推动这一事业的人当中？Allysa Tuano是特拉华大学的一名学生，他与NASA科学家合作完成了一个新项目。

“与真正聪明的人一起工作是一回事，”机械工程专业的Tuano说。“与这样的创新思维一起工作是另一回事，这些人以难以理解的方式推动自己。我们去火星吗？无论多么狂野，这都需要有远见，并且有能力看到更大的图片。我希望随着我的成长而发展。”

7月的一个星期四，NASA发射了一辆汽车大小的火星车，该火星车将于2月降落在火星上，这需要一段时间才能行驶近3亿英里。虽然这个行星探测装置占据了所有头条新闻，但那并不是那天发射出地球表面的唯一工程奇迹。附在这辆漫游车腹部上的是一个实验-一架四磅重的直升机，称为Ingenuity。

此图描绘了在火星上进行试飞期间的火星直升机独创性。绑在恒心漫游者腹部的红色星球（在背景中看到）被赋予了独创性。一项技术实验“独创性”将是2021年首架尝试在另一个星球上进行受控飞行的飞机。

这种蜘蛛状的装置配备了碳纤维叶片，并可以通过太阳能电池阵列对自身进行充电，如果一切顺利的话，它将是第一个在另一颗行星的大气层中进行动力持续飞行测试的装置。该设备将为在火星领空部署一架经过改进的新型直升机打下基础，该直升机具有更高的技术能力。具体来说，科学家希望旋翼机的未来迭代能够在一天之内收集数据并捕获无法通过卫星或地面漫游车获得的高清图像。换句话说，它将对人类对火星的任务进行侦察。

在Ingenuity甚至尚未起飞之前，NASA科学家就已经在研究这种续作-一种更大的下一代直升机，该直升机将测试数据收集功能。在2019年秋天，Tuano作为位于加利福尼亚州山景城的NASA AMES研究中心的实习生，为该项目创建了概念设计。

她说：“我原本希望进行数据处理。”“现在，我回头一想，我想：哇。他们确实有一个实习生开发设计概念。真是一个了不起的机会。”

作为NASA实习生，Allysa Tuano为一架直升机进行概念设计，该直升机有一天将收集火星数据。当她不与喷气推进科学家商谈时，她探索了加利福尼亚的星光灿烂的海岸线。

在不定期学习的情况下，Tuano在研究中心度过了她的一天，其中使用称为SolidWorks的软件程序进行CAD（计算机辅助设计工作），该软件程序可进行3D建模。借助此工具，她进行了结构分析，以改进以前的实习生的直升机设计，并提出了自己的效果图。（她说，她在UD上的有关固体力学和计算机辅助设计的课程“绝对非常有帮助。”）Tuano的工作主要是集中在形状上-例如，她开发了将直升机折叠起来以使其适合着陆器内部的选择，或者是可以减轻对火星撞击的保护壳的选择。

为“红色星球”设计这种旋翼机面临许多挑战。由于火星的气氛是如此稀薄，因此直升机必须轻巧（目标是约44磅，包括所有科学仪器在内）。但是它也必须强大-叶片旋转的速度必须比地球旋转的速度快得多。此外，该设备必须承受降至华氏负130度的温度，并且必须在很大程度上具有自主性，因为无线电信号从地球到一路可能需要21分钟才能传播出去，因此不能进行任何类型的操纵杆操作。

Tuano在面对这些挑战时说：“我对想成为的人了解很多。”“在大学里，失败真的很可怕，但是通过这种研究，我们鼓励您尝试许多不同的事情，因为失败是您可以从中学到的一课。我已经意识到我想要获得和接受这种思想的方式。”

Showvik Haque在NASA的AMES研究中心实习期间，分析了世界上最大的风洞的功能，如图所示。它能够测试与波音737一样大的飞机。

她不是唯一在NASA拥有过丰富经验的“蓝母鸡”。在2019年夏天，当时还比较年轻的Showvik Haque也曾在AMES研究中心实习-他从事的项目涉及世界上最大的风洞，用于测试翼展高达100英尺的飞机。当时，Google正在直接在这个80 x 120英尺的空间对面建立总部，工程师们担心附近的建筑物会破坏隧道的功能。Haque使用CFD或计算流体动力学软件研究了是否是这种情况。他和团队发现了什么？可能会产生影响，但可以对其进行校准。

“我从没想过我会像NASA那样受到追捧，”哈克（Haque）于2020年毕业于UD，现在担任宾夕法尼亚州里德利公园的波音公司的工程师。“但我想鼓励学生摆脱冒名顶替综合症。如果您置身事外，挑战自我，并让自己尽可能地抓住最好的机会，那么一切皆有可能。”

两位前实习生都同意：他们的辛勤工作值得完全沉浸在想象力的精神中，并希望这对NASA任务至关重要。这个地方代表了哈克所谓的“最纯净的科学形式”-它不是为了牟利而突破界限，而是为了探索的乐趣和发现的希望。

“过去，我最大的遗憾之一就是感觉自己没有足够的经验，或者我不擅长处理这类事情，”图阿诺说，他开始从事另一项备受瞩目的实习工作与Apple合作开发。“即使您不喜欢对某物开一枪，也应该给它一枪。这将使您真正的成就感到惊讶。”

她补充道，或者，您有能力帮助人类实现目标。谁知道？下一部电影或可暴饮暴食的Netflix节目展示了如何在火星上实现不可能？

它可能只是一部纪录片。