火星探测器|人类首架火星直升机升空！共轴反转双旋翼，这可是苏联的黑科技( 三 ) 火山

图注：卡莫夫设计局使用的共轴反转旋翼，铰链结构比较简单，减轻了结构重量

图注：卡莫夫设计局的KA52直升机，尾桨被取消，悬停稳定性更好，但是大型载人的共轴双旋翼技术无法直接应用到微小型直升机上

共轴反转的优点共轴反转技术用在直升机上的优点在于结构紧凑、抗侧风能力强、转动惯量小、悬停效率高等。如果采用同样重量的机身，使用共轴反转技术的直升机旋翼半径仅为单旋翼直升机的70% ，整体占地面积仅为单旋翼直升机的60% 。由于没有尾桨和传动系统造成的功率损失，升力可比单旋翼直升机增加12% 。
图注：微小型直升机在低雷诺数的情况下，微小型直升机的流场与大型载人共轴直升机不同，空气动力学特性也完全不同

图注：只有手掌大的微小型直升机

从优点上说， Ingenuity直升机使用共轴反转双桨可提升飞行的稳定性，重心就位于传动轴上，消除了尾桨之后， Ingenuity直升机就少了一个故障隐患：尾梁可发生形变引发传动机构故障，导致直升机坠毁。根据卡莫夫设计局的经验，采用共轴反转的卡-27直升机在超低空悬停吊放声呐时飞行员可以单手控制，而单旋翼直升机的飞行员就无法实现单手操作，另一只手要控制尾桨。基于这些优势，未来的火星直升机也会沿用共轴反转双旋翼布局，但是有一点需要注意：可载人的共轴反转双旋翼技术要应用到微型直升机领域，还有更大的难度，从专业角度看，可在火星上飞行的Ingenuity直升机应该定位为微小型共轴反转双旋翼直升机。
图注：Ingenuity直升机的共轴技术使用了齿轮组，结构精巧，加工难度较大

图注：Ingenuity直升机内部结构，载荷舱内是小型相机

共轴反转的难点共轴技术微型化会遇到各种各样的问题，比如轻量化设计，需要足够轻的材料。 Ingenuity直升机使用了碳纤维复合材料，也只有这样才能用最小的功率拉起直升机。 Ingenuity直升机的动力为电机驱动，载荷舱内部还有一个蓄电池组，使用太阳能电池板供电，从技术角度看， Ingenuity直升机能够起飞还需要高效的新能源驱动技术。最复杂的要数流场上的模型建立，大型载人的共轴双旋翼直升机无法直接用于微小型共轴直升机，在低雷诺数的情况下，微小型直升机的流场与大型载人共轴直升机不同，空气动力学特性也完全不同，需要重新设计和优化。
图注：毅力号火星车与Ingenuity直升机

图注：Ingenuity直升机起飞时的想象图

Ingenuity直升机旋翼的挥舞频次与直升机的操纵性和稳定性关系较大，在火星表面大气密度仅为地球1%的情况下，要起飞这架直升机的难度就不言而喻了，大致可相当于在地球上3万米高度的工作环境。如果一阵风吹来， Ingenuity直升机要保持足够的稳定性，否则就会被大风吹得偏离航线，导致任务失败。美国宇航局在Ingenuity直升机上采用共轴反转技术，也说明其认可了这项技术。为了安全起见，当Ingenuity直升机起飞时，毅力号火星车需要撤退到90米之外，这是因为如果直升机起飞失败，旋翼可能打到火星车上的设备，造成严重的后果。