NASA又来了，这次是在捣鼓火星飞行的未来——显然，在另一个星球上飞一次直升机就是不够。研究人员正在开发旋翼叶片，能让未来的火星直升机飞得更高、更远，并且总体上比那个勇敢的小 Ingenuity 更能炫耀——后者作为第一架在另一个星球上飞行的动力飞机创造了历史。定于2028年发射的 SkyFall 任务将把三架直升机送往火星，在那一遗产的基础上，采用为红色星球那烦人的稀薄大气设计的叶片——具有弯曲边缘，让人想起但又有别于地球上使用的叶片。因为为什么不把它弄得简单点呢？

真正的乐趣始于非传统：更薄、更锋利的叶片，可以扩大 SkyFall 之后任务的单次飞行范围。NASA 位于加州硅谷艾姆斯研究中心的一个团队，与伦敦帝国理工学院和日本名古屋大学合作，一直在测试一种新的叶片横截面——或称翼型——名为 roamx-0201。利用针对火星条件调整的先进模拟和算法，他们找到了一种更薄、不对称的形状，有望显著提升空气动力学性能。风洞测试证实，该设计不仅提高了性能，而且在危险飞行条件下恢复得更好。因为没有什么比在空气动力学上相当于糟糕一天的情况下幸存下来更能说明“好设计”了。

数字令人印象深刻：高保真模拟显示，重新设计的叶片可以将一次不间断飞行覆盖的距离从 Ingenuity 的0.7公里扩大到多达18.7公里——同时携带科学仪器。这大约增加了26倍，或者大约是从 NASA 总部到一杯像样咖啡的距离。这些发现于9月22日发表在《美国航空航天学会杂志》上的一篇论文中宣布，那里大概是空气动力学家们去吹嘘的地方。

那么，为什么这些叶片如此有效？部分原因是它们可以在更高速度下运行更长时间，然后才触及“阻力发散”——一种当旋翼接近音速时性能突然下降的现象，而火星上的音速比地球上低。可以把它想象成在高速公路上撞坑的空气动力学等价物。roamx-0201叶片在利用湍流产生升力的方式上也不同。当空气流过叶片时，会形成一个称为“边界层”的薄区域。新翼型有意在前缘扰乱该流动，以产生一种扰动，反直觉地将叶片向上拉——帮助旋翼飞行器比早期设计更有效地升空。这就像故意绊倒以保持平衡，但更有科学含量。

另一个挑战是“失速”，即气流角度变化后性能急剧下降且飞行变得不稳定。Ingenuity 的叶片在失速时经历了陡峭的性能退化，但在研究的条件下，roamx-0201设计显示出显著改善的失速行为。这意味着未来的直升机可以在更广泛的飞行角度下安全运行——当你在密度仅为地球1%的大气中飞行且没有路边援助时，这总是一个加分项。

虽然这项技术尚未为火星做好准备，但测试正在帮助工程师理解和解决计算预测与现实世界性能之间的差异——这一差距让许多模拟都自愧不如。NASA 正在进行的跨领域研究旨在实现更高效的火星直升机，能够飞得更远、携带更多有效载荷，并开启新的科学和发现任务。因为如果我们要探索火星，我们不妨以风格、航程和对我们所知空气动力学定律的适度蔑视来做到这一点。