直升机能够升空飞行，靠的是旋翼在旋转过程中与空气相互作用产生的升力。火星大气的密度仅相当于地球大气的1%，且主要成分是二氧化碳。火星表面的大气密度约等于地球上三万米高空的大气密度。因此，在火星飞行的航空器与火星大气相互作用的情况，与地球上的飞行器将有很大不同。为了更真实地模拟火星环境，科学家们为火星直升机研发了一个特别的模拟装置。在进行测试时，这个装置首先抽走内部的空气，使其处于接近真空的状态。之后，再注入与火星大气成分相同的气体，使装置内部的气体密度和气压与火星表面基本相当。同时，火星上的重力加速度仅为3.7，远低于地球的9.8，因此同样质量的物体在火星上受到的重力将比地球上小很多。为了在地球上模拟火星上所受到的重力，这个装置还用一个连接到直升机顶部的机动吊绳提供拉力，抵消一部分重力作用。
按照计划，火星直升机的飞行将在“火星2020”探测器在火星着陆之后的第60至第90火星日（1火星日的平均长度约为24小时37分钟）展开。在第一次的飞行中，它将仅仅爬升到距离地面3米的位置，悬停时间也不过三十秒，与莱特兄弟进行的人类在地球上的首次航空飞行颇有几分相似。不过，在之后的三十天中，火星直升机还将再进行4次飞行，每次飞行的距离和持续时间将会不断增加，最终实现数百米距离的飞行和持续90秒的悬停。为了保证安全，飞行测试将在距离“火星2020”火星车100米的范围之外进行，以防因意外坠落时砸伤火星车。而为了保持与火星车之间的通信联络，火星直升机也不会到距离火星车1公里外的范围活动。
多种多样的行星和卫星探测航空器
如果火星直升机的飞行测试一切正常，将会对行星探测中航空器的使用产生巨大的推动。目前，除了已经完成设计制造的火星直升机外，科学家们还提出了不少使用航空器进行行星探测的方案。
美国国家航空航天局所属的兰利研究中心提出的“区域环境普查航空器”，是一种对火星的大气和磁场开展探测的航空器。和火星直升机所不同的是，这种航空器是一种固定翼的飞行器，外观与地球上的固定翼飞机有些相似。固定翼飞行器需要借助发动机输出的推力增加速度，使飞机机翼上产生足够的升力。这种航空器没有采用地球上飞机常用的喷气式或螺旋桨式发动机，而是计划采用火箭发动机，每次飞行可持续一个小时左右。在从地球发射时，它被折叠在一个有热防护罩的外壳中，在到达火星并进入火星大气层后，它将会在适当的高度将自己从防护罩中展开，进入飞行状态。不过，这个方案目前还只是一种技术储备方案。
美国约翰霍普金斯应用物理实验室提出的“蜻蜓号”方案，则把探测目标锁定在了土星的卫星“泰坦”上。已有的探测数据表明，“泰坦”含有多种成分复杂的含碳化合物。“泰坦”表面还富含水冰，内部可能有液态水构成的海洋，是孕育生命诞生的理想场所。对“泰坦”进行各类生命迹象的探测，很可能有令人惊奇的发现。“蜻蜓号”和火星直升机一样，也是可以垂直起飞、降落的航空探测器，其产生升力的装置为四组小型共轴双旋翼，外观和在我们常见的航拍无人机比较接近。由于能够垂直起降、飞行，这种探测器可以在不同地貌特征的探测点，进行碳水化合物成分的探测工作，帮助科学家们发现了解这颗卫星上可能存在的生命。这种探测器的飞行高度可达4千米，飞行速度可达36千米/小时。目前，“蜻蜓号”处于方案预先研究的阶段，美国国家航空航天局将在今年7月决定是否将其“转正”，成为进入实施阶段的科学探测任务。
作为地球的另一个近邻，金星也是行星探测的热点目标。美国宇航工业巨头诺斯罗普格鲁曼公司提出的“金星大气机动平台”方案，为探测金星上的生命迹象提供了新的方式。这是一种充气式的三角翼飞行器，在进行探测工作时，能以110千米/小时的速度飞行。此时，飞行器90%的升力来自于翼面的空气动力学效应，10%则来自于充气后产生的浮力。而在夜间，它一般会暂停正常工作，关闭发动机，使自身徐徐下降到距离金星表面50千米的地方。在那里，它所受到的浮力足以支撑它漂浮在天空中，无需翼面提供额外的升力。目前，格鲁曼公司正在与俄罗斯航天部门和美国国家航空航天局同时保持接触，希望能通过这两个国家的航天项目，将金星大气机动平台的方案变成现实。
