0
| 本文作者： 付靜 | 2021-02-23 18:01 |
「恐怖 7 分鐘」是火星探測(cè)任務(wù)中的一大難題。
火星探測(cè)器要從原來的近7000m/s 飛行速度逐漸降速至零，需要 7 分鐘左右——何時(shí)減速、進(jìn)入大氣的姿態(tài)與角度如何、降落傘等能否按程序工作，都需要精準(zhǔn)控制，但鑒于人類對(duì)火星的認(rèn)知不足，加之地火之間單程無線電信號(hào)的延時(shí)問題，地面指揮可以說是愛莫能助。
北京時(shí)間 2021 年 2 月 19 日凌晨 4 點(diǎn) 55 分左右，毅力號(hào)順利登陸火星，到達(dá)位于火星北緯 18 度、西經(jīng) 77 度區(qū)域的杰澤羅隕石坑（Jezero Crater）。
而就在幾小時(shí)前，NASA 重磅公布了一段視頻，清晰展現(xiàn)了登錄火星表面的震撼過程。
恐怖 7 分鐘內(nèi)發(fā)生了什么？
在視頻中，首先是打開的降落傘。
從降落傘打開的那一刻起，毅力號(hào)的攝像機(jī)系統(tǒng)就開始記錄了整個(gè)下降、著陸過程，探測(cè)器上的高清攝像機(jī)從距離火星表面 11 公里的地方開始拍攝，我們也因此能看到這段驚心動(dòng)魄的視頻。
為保護(hù)毅力號(hào)免受進(jìn)入火星大氣層期間的高溫影響，隔熱護(hù)罩彈出。
赤色的荒涼之地，越來越近了。
在酷似科幻作品的場(chǎng)景中，反推器將火星車吊出，保證它穩(wěn)穩(wěn)著陸在火星表面，然后盡可能地遠(yuǎn)離火星車，義無反顧地自行墜毀，至此，傳說中的「空中吊車」著陸順利完成。
而視頻中的下一個(gè)鏡頭就是歡呼雀躍的 NASA 地面工作人員。
NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory）負(fù)責(zé)人 Mike Watkins 表示：
這是我們首次真正捕捉到這樣的壯觀場(chǎng)景，通過觀看這些視頻中火星車的表現(xiàn)，我們將能學(xué)到很多東西。
不僅是視頻，NASA 今日也公布了兩段音頻（一段有機(jī)器噪音，一段過濾掉了機(jī)器噪音），這讓地球上的我們聽到了來自火星的真實(shí)的風(fēng)聲。
鏈接戳：https://soundcloud.com/nasa/first-sounds-from-mars-filters-out-rover-self-noise/s-rnjGarHQjxB
后續(xù)，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)對(duì)毅力號(hào)系統(tǒng)及其周圍的環(huán)境進(jìn)行初步檢查，使用火星環(huán)境動(dòng)力學(xué)分析儀進(jìn)行首次天氣觀測(cè)。
上述被 NASA 稱為是“史詩(shī)級(jí)”的珍貴音頻和視頻，源自毅力號(hào)上搭載著的 23 臺(tái)相機(jī)和 2 個(gè)麥克風(fēng)——此次毅力號(hào)也攜帶了眾多黑科技登上火星，其中最吸睛的莫過于機(jī)智號(hào)無人機(jī)。
機(jī)智號(hào)被安置在毅力號(hào)的腹部位置，重 1.8 公斤、高 0.5 米、螺旋槳直徑 1.2 米，由兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳提供升力，功率 350 瓦。
這架無人機(jī)靠其頂部的太陽(yáng)能板進(jìn)行充電，充電一天大概可飛行 90 秒。
它將通過相機(jī)跟蹤估計(jì)速度，實(shí)現(xiàn)視覺導(dǎo)航；它配備的是高通驍龍 801 處理器、高通飛行控制面板以及 Linux 飛行控制系統(tǒng)。
最近，IEEE Spectrum 也與 NASA JPL 火星無人機(jī)運(yùn)營(yíng)負(fù)責(zé)人 Tim Canham 進(jìn)行了一場(chǎng)對(duì)話，雷鋒網(wǎng)在不改變其原意的基礎(chǔ)上進(jìn)行了編譯。以下文字或許能讓我們機(jī)智號(hào)的了解更為深入。
IEEE Spectrum：關(guān)于機(jī)智號(hào)的硬件，是否能簡(jiǎn)要介紹一下？
Tim Canham：由于機(jī)智號(hào)是一種技術(shù)演示，JPL 愿意接受更多的風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)于常規(guī)的深空探測(cè)任務(wù)來說，研究團(tuán)隊(duì)通常十分注重軟硬件，但我們此次使用了很多現(xiàn)成的消費(fèi)硬件，雖然有一些電子元件異常堅(jiān)固、可抗輻射，但大部分技術(shù)都是商業(yè)級(jí)的。例如，我們使用的處理器是高通驍龍 801，它本質(zhì)上是一個(gè)手機(jī)處理器，不過也要比火星探測(cè)器上的處理器強(qiáng)大得多，算力要高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
原因在于，要控制飛行，制導(dǎo)回路需要以 500hz 的頻率運(yùn)行，此外捕捉圖像、分析特征需要以 30hz 的頻率逐幀追蹤，這需要相當(dāng)強(qiáng)大的計(jì)算能力，而 NASA 目前的航空電子設(shè)備都沒有足夠的功率。
您能描述一下傳感器在導(dǎo)航方面的用途嗎？
我們使用的是一個(gè)手機(jī)級(jí) IMU（慣性傳感器）、一個(gè)激光高度計(jì)和一個(gè)向下指向的 VGA（視頻圖形陣列）攝像機(jī)，主要用于單目特征跟蹤。無人機(jī)的導(dǎo)航方式是：一幀一幀地比較幾十個(gè)特征，跟蹤相對(duì)位置，計(jì)算出方向和速度。實(shí)際上這都是通過估算位置來完成的，而非記憶特征或創(chuàng)建地圖。
另外還有一個(gè)傾斜儀，用來在起飛時(shí)確定地面的傾斜度。
我們還有一個(gè)手機(jī)級(jí)的 1300 萬像素彩色相機(jī)，它不是用來導(dǎo)航的，而是用于在飛行時(shí)拍一些漂亮的照片，我們將其稱為 RTE。
【機(jī)智號(hào)的激光高度計(jì)和導(dǎo)航攝像機(jī)】
機(jī)智號(hào)是自動(dòng)操作的嗎？
在某些層面，我們幾乎可以把機(jī)智號(hào)想象成一架傳統(tǒng)的宇宙飛船。它有一個(gè)排序引擎，我們將寫好的一系列序列和命令上傳到機(jī)智號(hào)上，它就能執(zhí)行這些命令。我們?cè)诘孛婺M飛行中，通過規(guī)劃一系列的路徑點(diǎn)作為規(guī)劃導(dǎo)航的一部分，我們把命令序列發(fā)送給導(dǎo)航軟件，當(dāng)我們想讓無人機(jī)飛行時(shí)，導(dǎo)航軟件就會(huì)開始運(yùn)行，執(zhí)行起飛，穿過不同的航路點(diǎn)，然后著陸。
自然，這意味著飛行是事先非常明確地計(jì)劃好的，這不是真正的自主，因?yàn)槿绻覀儾唤o它目標(biāo)和規(guī)則，它也做不了任何高級(jí)推理。
我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目中沒有時(shí)間開發(fā)出真正意義上的自主直升機(jī)，不過這種“腳本飛行”卻能證明人類未來可以在火星上成功飛行。
什么情況下，機(jī)智號(hào)會(huì)偏離預(yù)定軌跡？
在所有傳感器正常運(yùn)行的時(shí)候，導(dǎo)航軟件都會(huì)產(chǎn)生良好的數(shù)據(jù)。如果傳感器出現(xiàn)問題，機(jī)智號(hào)會(huì)以當(dāng)前的狀態(tài)嘗試著陸，然后告訴地面發(fā)生了什么，等我們處理。如果傳感器失靈，直升機(jī)就不會(huì)繼續(xù)飛行。
機(jī)智號(hào)飛往哪里該如何決定？
我們將進(jìn)行一個(gè)所謂的選址過程，這一過程從軌道圖像開始（一種用于識(shí)別可能的地點(diǎn)的粗略方法），接著毅力號(hào)會(huì)去其中一個(gè)地點(diǎn)做廣泛調(diào)查，根據(jù)巖石、坡度甚至紋理特征，為機(jī)智號(hào)選擇一個(gè)操作地點(diǎn)。
按計(jì)劃?rùn)C(jī)智號(hào)此次將會(huì)做怎樣的飛行？
因?yàn)檫@是我們第一次進(jìn)行試驗(yàn)，我們計(jì)劃了三次主要飛行，這三次飛行中，機(jī)智號(hào)都會(huì)回到起飛地降落，因?yàn)檫@個(gè)地方是經(jīng)過調(diào)查的安全區(qū)域。
我們有一個(gè) 30 天的窗口期，如果我們有時(shí)間，我們可能還會(huì)嘗試第四次飛行任務(wù)。
有哪些工程師們會(huì)覺得有趣的事情呢？
這是我們第一次在火星上使用 Linux。
我們實(shí)際上是在 Linux 操作系統(tǒng)上運(yùn)行的，我們使用的軟件框架是 JPL 為立方體衛(wèi)星和儀器開發(fā)的，幾年前我們把它開源了。所以，工程師們可以得到一個(gè)在火星直升機(jī)上飛行的軟件框架，并把它用在自己的項(xiàng)目上，這是一種開源的勝利。
這對(duì) JPL 來說也是一件新鮮事，因?yàn)槲覀儍A向于喜歡非常安全且經(jīng)過驗(yàn)證的東西，但很多人對(duì)此很興奮，我們也很期待做這件事。
引用來源：
https://twitter.com/nasapersevere
https://www.youtube.com/watch?v=GUqsH5y1j1M&feature=youtu.be
雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)
雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。
