在飞行异常中幸存机智号的第六次飞行发生了什么

　　在NASA＂火星2020＂任务的第91个火星日，机智号火星直升机进行了第六次飞行。这次飞行的目的是扩大飞行包络线，通过拍摄西部感兴趣地区的立体图像来展示航空成像能力。其被要求爬到10米的高度，然后以4米每秒的速度移动到150米的西南方向。在这个时候，它需要向南移动15米，同时向西拍摄图像，然后再向东北飞行50米，然后着陆。
　　第六次飞行的遥测显示，第一个150米航段顺利起飞。但到了末段，事情发生了：机智号开始调整它的速度，并以振荡的方式前后倾斜。这种行为持续了整个飞行的剩余时间。在安全着陆之前，机载传感器显示旋翼机遇到了超过20度的横滚和俯仰偏移、较大的控制输入和峰值功耗。
　　当机智号在空中飞行时，其使用机载惯性测量单元(IMU)跟踪其运动。IMU测量了机智号的加速度和转速。通过整合这些信息，随着时间的推移，它有可能估计直升机的位置，速度，和姿态。机载控制系统通过快速调整控制输入(以每秒500次的速度)对估计的运动作出反应。
　　如果导航系统只依赖于IMU，从长远来看它将不会非常准确：错误将迅速积累，最终直升机将迷失方向。为了在一段时间内保持更好的准确性，基于IMU的估计名义上是定期校正的，这就是机智号导航相机的用途。在空中飞行的大部分时间里，向下看的导航摄像机每秒拍摄30张照片，并立即将它们输入直升机的导航系统。每当图像到达时，导航系统的算法执行一系列操作：首先，它检查与图像一起接收的时间戳，以确定图像是何时拍摄的。然后，该算法根据之前拍摄的图像(通常是由于颜色变化和岩石、沙波等突出物)识别出的表面特征，预测相机在那个特定时间点应该看到的东西。最后，该算法查看这些特征在图像中实际出现的位置。导航算法利用这些特征的预测位置和实际位置之间的差异来修正其对位置、速度和姿态的估计。
　　飞行大约54秒后，导航摄像机传送图像的管道出现了故障。这个小故障导致了一张图像丢失，但更重要的是，它导致后来所有的导航图像都带有不准确的时间戳。从这一点开始，每次导航算法基于导航图像进行校正时，都是基于关于图像拍摄时间的错误信息进行操作。由此产生的不一致性显著降低了直升机飞行所用的信息，导致估计不断被＂修正＂，以解释误差。大型振动随之而来。
　　尽管遇到了这种异常情况，机智号仍然能够在距离着陆地点约5米的地面上安全着陆。它能够做到这一点的一个原因是在确保直升机的飞行控制系统有足够的＂稳定裕度＂方面付出了相当大的努力：设计的机智号能够容忍重大错误而不会变得不稳定，包括计时错误。这一内置保证在此前的飞行中并不完全需要，但这一保证在第六次飞行起到了拯救作用。
　　另一项设计也在帮助机智号安全着陆方面发挥了作用。通过停止在降落最后阶段使用导航摄像机图像，以确保在这个关键阶段平稳和连续地估计直升机的运动。这个设计在第六次飞行中也得到了回报：机智号在飞行的最后时刻忽视了摄像机的图像，停止了摆动，调整了姿态，并以设计的速度着陆。
　　从更大的角度来看，第六次飞行以巧妙的方式在地面安全结束，因为一些子系统——旋翼系统、执行器和动力系统——对保持直升机飞行需求的增加做出了反应。从非常真实的意义上说，机智号克服了这种情况，虽然飞行发现了一个现在必须解决的计时漏洞，但它也以多种方式证实了系统的鲁棒性。
　　经过此次飞行，NASA现在已经有了飞行数据来探测直升机的性能极限。这些数据将在未来被仔细分析，扩大关于在火星上飞行直升机的知识储备。