NASA为“天降”火星直升机测试轻量化雷达天线

火星探冰新利器：轻量化雷达天线

美国国家航空航天局（NASA）的“天降”（SkyFall）火星直升机任务，旨在利用三架旋翼机对火星表面进行空中探测。其中一项核心科学目标，是寻找浅层地下冰层，这被认为是未来人类火星任务的关键资源。为了实现这一目标，每架直升机都需要搭载一部能够穿透地表、探测地下结构的雷达。

然而，为直升机设计一款合适的雷达天线面临巨大挑战。传统天线要么体积过大，无法安装在紧凑的直升机上；要么在着陆时会与地面发生干涉，极易损坏。

维瓦尔第天线的火星改造

NASA喷气推进实验室（JPL）的工程师们将目光投向了一种名为“维瓦尔第”（Vivaldi）的天线设计。这种天线以其宽频带和平面结构著称，但标准的维瓦尔第天线长度约为48厘米，远超“天降”直升机底部与地面之间仅约15厘米的间隙。

为了解决这一矛盾，研究团队对天线进行了彻底的微型化改造。他们利用火星表面干燥的沙尘（风化层）对无线电波的衰减远小于地球土壤的特性，将雷达的工作频率设计在500至2500兆赫兹之间。较低频率的波长较长（约60厘米），能够穿透地表下数米；而较高频率的波长较短（约12厘米），则能提供更精细的浅层结构图像。

柔性材料与极端测试

最终的天线采用了一种创新的织物基底。它由聚酯纤维材料制成，并覆盖了多层名为“维克特兰”（Vectran）的超高强度纤维——这正是当年用于制造“勇气号”和“机遇号”火星车着陆气囊的材料。这种组合使得天线不仅重量极轻（整个天线系统仅约150克，相当于两把小提琴弓），而且具备出色的柔韧性和强度。

在着陆过程中，当天线接触地面或岩石时，它可以弯曲变形以避免损坏；当直升机再次起飞后，天线内部的柔性玻璃纤维弹片会使其自动恢复原状，准备下一次探测。

为了验证这一设计的可靠性，JPL的工程师们在地面实验室中模拟了火星的严酷环境。他们让天线反复弯曲200次，模拟整个任务周期中可能经历的着陆次数。随后，天线被置于热真空室中，承受从零下130摄氏度到零上70摄氏度的剧烈温度循环，模拟火星的昼夜温差。在每轮测试后，天线都会被送入电磁暗室，检测其发射和接收雷达信号的能力是否下降。

任务前景与下一步

测试结果表明，天线在经历了所有模拟考验后，性能没有丝毫衰减。项目雷达负责人、JPL的阿德里安·唐（Adrian Tang）表示，这次测试回答了所有关键技术问题，是任务研发的一个重要里程碑。

目前，团队正在基于测试结果建造一个工程模型。该模型将接受更全面的测试，包括振动测试（模拟火箭发射过程）、在模拟火星环境中进行部署测试，以及在JPL的“火星场”（Mars Yard）进行户外实地测试。

“天降”任务计划于2028年底发射。如果成功，这三架直升机将成为继“机智号”（Ingenuity）之后，在火星上飞行的第二批旋翼飞行器，并首次利用机载雷达绘制火星浅层地下冰的分布图，为未来的载人登陆选址提供关键数据。

原标题：NASA Tests Featherweight Radar Antenna for SkyFall Mars Helicopters。 来源：jpl.nasa.gov。

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