有朝一日，球形“飛行機器人”（Aerobot）或許會成群結隊地探索土星的衛星泰坦。NASA 認為，泰坦是太陽系中最接近地球的天體之一。

    據IT之家了解，泰坦表面遍布由甲烷、乙烷等碳氫化合物形成的河流、湖泊和海洋，同時還擁有奇特的“喀斯特”地貌，包括地下天坑和洞穴。普通探測車很難在這樣的地表環境中自由行動，但飛行器或許能夠取得更好的效果。

    因此，NASA 早期階段的“創新先進概念”（NIAC）計劃近日提供了一項新的研究資助，目標是研發體積小巧的飛行器，用於探索泰坦上的這些洞穴。

    項目負責人、夏威夷大學馬諾阿分校助理教授 Daniel Drew 在接受 Space.com 採訪時表示，目前還不確定這種飛行機器人能否趕上 NASA 的“蜻蜓”（Dragonfly）任務。該項目被稱為 SPARK，全稱為“用於喀斯特地貌自主偵察的固態推進系統”（Solid-state Propulsion for Autonomous Reconnaissance of Karst）。

    Drew 指出，SPARK 目前剛剛開始為期 9 個月的第一階段資助項目，之後還需要完成最長兩年的第二階段研究，項目才會進入“更加現實”的發射準備階段。

    與此同時，NASA 的 Dragonfly 任務目前計劃於 2028 年發射。如果任務出現延期，那麼 SPARK 未來加入任務後期階段的可能性也會隨之增加。

    “假設我們已經錯過了 Dragonfly 的窗口，那麼這與目前泰坦任務的時間表究竟如何銜接？我不知道。”Drew 談到 SPARK 時說。不過，他認為無論最終何時發射，SPARK 都有望憑藉其新型離子（電）推進器在泰坦上取得不錯的表現。

    Drew 表示，這種設計可以“提供持續飛行能力、機動性，以及應對近低溫（冰冷）環境的可靠性，同時儘可能減少下洗氣流對具有科學研究價值的碳氫化合物分層結構造成的擾動”。

    他希望 SPARK 能夠成為泰坦洞穴探索任務的先驅，就像火星上的 Ingenuity（機智號）直升機一樣。Ingenuity 最終完成了 72 次飛行，遠遠超過當初任務設計時的目標，實際飛行次數超過原計劃的 10 倍。

    Drew 從在加州大學伯克利分校讀研究生期間開始，就一直研究一種特殊的離子推進器，即電流體動力學（EHD）推進技術。

    在美國國家科學基金會（NSF）獎學金的支持下，Drew 研究了多種飛行器設計，並逐漸對製造類似真實生物、能夠通過扇動翅膀飛行的機器人產生了興趣。

    在研究過程中，他“幾乎完全是偶然”接觸到了業餘愛好者組成的“升力器”（lifter）社區。

    “這些原型機由三角形輕木、漆包線和鋁箔製成。你可以通過從微波爐、CRT 顯示器或其他設備中拆下的高壓變壓器，將它們連接到 4 萬伏的電壓，它們就能漂浮在桌面上。”他說，“YouTube 上有很多人製作這類設備的視頻。”

    進一步查閱歷史資料後，Drew 發現，NASA 和美國空軍過去也曾開展過與這些業餘愛好者所使用技術類似的早期實驗和研究。

    巧合的是，NIAC 當時也向另一個由麻省理工學院領導的研究團隊提供了資金。該團隊正在研究如何利用 EHD 推進技術製造用於地球環境的飛行器。

    Drew 因此意識到，這可能是一個非常有潛力的研究方向。

    “長話短說，我沿著這個思路繼續研究，”Drew 說，“並發表了一系列論文，研發出了由大氣離子推進器驅動的厘米級微型飛行機器人。”

    在獲得 NIAC 資助之前，Drew 已經取得了多項成果。他表示，自己首次展示了微加工 EHD 執行器，也實現了其他一些“首次”，例如讓厘米級“離子飛行器”（ionocraft）起飛，並進一步搭載有效載荷。

    “我們最近還發表了一篇論文，介紹首款採用離子推進的微型懸浮飛行器的設計和起飛。”他補充道。這篇論文發布在預印本平臺 arXiv 上。

    “這聽起來可能已經是一份相當不錯的重要成果清單，但實際上，這個領域並沒有很多人在研究。我基本上是在和自己賽跑。”

    如今有了 NIAC 的支持，Drew 希望進一步研究 EHD 推進技術的優勢，例如具備良好的可擴展性、幾乎完全沒有噪音，以及結構簡單。由於它屬於固態推進系統，需要處理的零部件更少。

    他指出，這項技術未來也可能應用於泰坦之外的領域，例如全電動飛機、室內無人機以及微型飛行器集群等。

    不過，他也認為這種技術的實際應用範圍會受到限制。“最大的弱點在於，它的效率實在不高。”Drew 表示，“除非出現重大技術突破，否則在絕大多數地球上的應用場景中，它都不可能真正與旋翼、噴氣發動機等傳統推進方式競爭。”

    由於第一階段研究只有大約 9 個月時間，Drew 和他的合作夥伴計劃迅速開展實驗。其中包括 NASA 噴氣推進實驗室（JPL）的 Ethan Schaler 和 Jacob Izraelevitz，以及藍色大理石空間科學研究所（Blue Marble Space Institute of Science）的 Michael Malaska。

    團隊將針對電力供應等關鍵因素，對不同子系統展開“權衡研究”，確定哪些部分最值得優先投入資源，同時還將建立模型，研究熱效應對電力系統等部件可能造成的影響。

    Drew 表示：“‘站在巨人的肩膀上’這一理念已經深深融入 NIAC 的文化之中。”

    他指出，團隊在整個研究結束時最重要的成果將是一份全面且公開的報告。“充分利用過去相關研究報告以及該領域其他公開研究成果，對於做好這項工作至關重要。”

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