帶Linux和驍龍801上火星 毅力號如何「改寫教科書」?

阿聯酋、中國、美國於 2020 年窗口期先後發射的「火星三傑」,如今都在按各自的計劃繼續探索之旅——最新的消息是,NASA
毅力號火星車已成功着陸火星,並傳回了多張照片。位於美國南加州的 NASA 噴氣推進實驗室(Jet Propulsion
Laboratory)任務控制中心宣布,北京時間 2021 年 2 月 19 日凌晨 4 點 55 分左右,毅力號以每小時 19312
公里的速度撞擊火星大氣層。

約 7 分鍾後,以「空中吊車」方式順利登陸火星,到達位於火星北緯 18 度、西經 77 度區域的傑澤羅隕石坑(Jezero Crater)。

當天,毅力號還傳回了它拍下的首張圖像——一幅黑白的火星地表圖。

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NASA:毅力號將改寫教科書

北京時間 2020 年 7 月 30 日 19 時 50 分,佛州卡納維拉爾角空軍基地(Cape Canaveral Air Force Station)41 號發射場,搭載着毅力號的阿特拉斯 5 型運載火箭(Atlas V-541,又稱宇宙神 5 號)發射升空。

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在登陸火星之前,毅力號經歷了 203 天的旅程,跨越了 4.72 億公里。

着陸之後,NASA 噴氣推進實驗室的工程師和科學家們一直在等待着火星車的下一次數據傳輸。

終於,在毅力號成功登陸火星後不到一天的時間里,數艘環繞火星飛行的航天器逐一傳回了數據,知道一切都在按計劃進行,團隊才算是鬆了一口氣。

對於此次的重要突破,NASA 代理局長 Steve Jurczyk 表示:

這次着陸火星是 NASA 乃至全球太空探索的關鍵時刻之一。我們知道,我們離突破性的發現並不遠了,可以說是在改寫教科書。

這一消息也在各大社交平台引起了廣泛關注。

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毅力號傳回多圖

但正如 NASA 官網的新聞稿所言:

更令人興奮的是探測器着陸時拍攝的高分辨率圖像。

其實早在 2011 年 11 月,NASA 就發射了火星探測器「好奇號」——它是美國第 7 個火星探測器、第 4 台火星車,也是世界首輛核動力火星車,其使命便是探尋火星上的生命元素。

2012 年 8 月 6 日,好奇號成功登陸火星表面,當時這一探測器發回了一段即將着陸火星表面時拍下的下降過程定格動畫,而此次的毅力號作為好奇號的「繼任者」,更是配備了攝像機,捕捉到了其着陸過程的視頻。

目前,這一視頻仍在向地球傳回並進行處理中,下圖是 NASA 公布的一張視頻截圖。

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據了解,不同於此前的探測器,毅力號上大多數的相機都是彩色的,通過其攜帶的相機,NASA 獲取了幾張彩色圖像。

下圖出自毅力號下端的 Hazcam,這是毅力號拍下的第一張高分辨率彩色火星圖像。

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着陸後,毅力號前後兩端的兩台 Hazcam 也拍攝了照片,下圖顯示的是探測器的其中一個輪子落在了火星的泥土上。

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另外 NASA 也公布了下面這張黑白特寫。

這張圖出自 NASA 的「火星勘測軌道器」(Mars Reconnaissance Orbiter,MRO)之手。如下圖所示,MRO 利用一個特殊的高分辨率相機(HiRISE 相機),捕捉到了連接着降落傘的毅力號下降的過程。

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作為一款多用途火星探測器,MRO 的設計由噴氣推進實驗室負責(其 HiRISE 相機由美國亞利桑那大學負責),它於 2005 年 8 月 12 日同樣由宇宙神-5 運載火箭發射,其目標之一就是為後續的火星着陸任務尋找適合的着陸地點,同時為這些任務提供通信中繼功能:

2006 年 3 月 10 日,MRO 進入大橢圓火星極軌道;

2006 年 9 月,MRO 進入 250km/316km 的近圓軌道;

2006 年 11 月 17 日,MRO 與勇氣號合作完成了軌道中繼通信測試;

2012 年,MRO 利用高分辨率相機拍下了好奇號着陸火星的過程。

不僅如此,NASA 表示,後續要將原本固定在毅力號甲板位置的桅杆(火星車的「頭部」)釋放出來。

NASA 的想法是,用於火星車行駛的導航攝像機 Navcams 與兩個科學攝像機(可縮放的 Mastcam-Z 和被稱為 SuperCam 的激光儀器) 將「共享」桅杆上的空間,桅杆升起之後,Navcams 有望拍攝甲板及其周圍環境的全景照片。

「最復雜的機器人地質學家」

毅力號的一個關鍵目標是天體生物學,包括尋覓形成於 35 億年前的火星古代微生物生命跡象,它將是首次收集火星岩石和風化層的任務,NASA 希望能夠通過毅力號更為准確地描述火星的地質、氣候。

正如前文所述,毅力號的主要探索地點是火星伊西迪斯平原(Isidis Planitia)西部邊緣(火星赤道以北)一個叫做傑澤羅隕石坑(Jezero Crater)的地方,作為一個巨大的撞擊盆地,其寬約 45 公里。此前,科學家們已經確定,35 億年前這個「大坑」存在着三角洲,充滿了水。

也就是說,要了解火星,這里是一個不錯的切入點。

自然,要達到最終目的,科學儀器是關鍵——按 NASA 的話說就是,毅力號是「最復雜的機器人地質學家」。

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毅力號有着總重 59 公斤(毅力號探測器重 1026公斤)的 7 台科學儀器:

變焦全景相機 Mastcam-Z:位於桅杆上,不僅能鑒定岩石成分、輔助火星車行進,還能得到高清晰度的全景 3D 立體圖像;

火星環境動力學分析儀 MEDA:記錄、分析火星的大氣溫度、濕度、氣壓、風速、風向、沙塵大小與形態;

制氧儀 MOXIE:從二氧化碳中提取氧氣,既要為未來宇航員登陸火星吸氧做准備,還要作為航天器返回地球的燃料來源,從而實現 NASA 的「造氧計劃」;

X 射線儀 PIXL:利用 X 射線對火星沙粒進行更為精準的分析;

火星地下實驗雷達成像儀 RIMFAX:以厘米級分辨率探測火星的地下結構;

紫外光譜儀 SHERLOC:利用紫外激光分析物質,實現掃描可居住環境的目的;

激光超距分析儀 SuperCam:遠距離分析岩石、土壤成分。

其實不僅是上述儀器,毅力號總共搭載着 23 台相機,大部分都是彩色相機。

另外,毅力號上也搭載了 2 個麥克風,既能收錄火星車登陸火星的聲音,火星上的風吹草動也可以捕捉得到,而這也是美國火星探測器首次配備有這樣的設計。目前 NASA 也已經公布了一段來自火星的聲音,紅色星球的神秘與茫茫宇宙的恐懼一「聽」無余。

Linux 登陸火星

毅力號的計算機控制系統也值得關注。

其計算機系統符合航空工業標准,包括 2 個相同的、互為備份的模塊,即 RCE(Rover Compute Element),採用了 IBM PowerPC 750 架構的抗輻射中央處理器 BAE RAD750,其運行速度比勇氣號、機遇號所搭載的中央處理器快十倍。

其實跟隨着毅力號的,還有一架小型太陽能無人直升機「機智號」(Ingenuity)。

無人機目前被安置在毅力號的腹部位置,重 1.8 公斤,將通過相機跟蹤估計速度,實現視覺導航;它配備的是高通驍龍處理器、高通飛行控制面板以及 Linux 飛行控制系統。

此前,JPL 飛行軟件工程師 Timothy Canham 向 IEEE Spectrum 表示:

機智號直升機使用的處理器正是高通驍龍 801。

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據 CSDN 消息,NASA 已將機智號的 Linux 系統在 GitHub (https://github.com/nasa/fprime)上進行了開源。

對此,一位來自芬蘭安全公司 F-Secure 的 mikko 發推:

Mars becomes the second planet that has more computers running Linux than Windows.(火星成為第二個運行 Linux 系統的計算機數量超過 Windows 系統的星球。)

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據了解,在毅力號開始為期 2 年的隕石坑科學調查之前,首先將接受為期數周的測試。

而對於機智號無人機,工程師和科學家們將在接下來的一兩個月里不斷測試其速度以及每一個儀器、子系統、子程序。等各項測試完成,無人機才能進行飛行測試階段——若此舉成功,人類探索火星就又多了一個維度,未來無人機可以用作偵察機,甚至能為火星上的宇航員提供運輸服務。

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回顧人類火星探索史可知,阿聯酋、中國、美國於 2020 年窗口期先後發射的「火星三傑」都邁出了矚目的一步。

NASA 今天在推特上表示:

The Best is Yet to Come.(最好的尚未到來。)

究竟毅力號能否改寫教科書,我們拭目以待。

來源:cnBeta