毅力號「恐怖7分鍾」視頻公布 NASA還揭秘了首架火星無人機

「恐怖 7 分鍾」是火星探測任務中的一大難題。火星探測器要從原來的近7000m/s 飛行速度逐漸降速至零,需要 7
分鍾左右——何時減速、進入大氣的姿態與角度如何、降落傘等能否按程序工作,都需要精準控制,但鑒於人類對火星的認知不足,加之地火之間單程無線電信號的延時問題,地面指揮可以說是愛莫能助。

北京時間 2021 年 2 月 19 日凌晨 4 點 55 分左右,毅力號順利登陸火星,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)。

而就在幾小時前,NASA 重磅公布了一段視頻,清晰展現了登錄火星表面的震撼過程。

恐怖 7 分鍾內發生了什麼?

在視頻中,首先是打開的降落傘。

從降落傘打開的那一刻起,毅力號的攝像機系統就開始記錄了整個下降、着陸過程,探測器上的高清攝像機從距離火星表面 11 公里的地方開始拍攝,我們也因此能看到這段驚心動魄的視頻。

毅力號「恐怖7分鍾」視頻公布  NASA還揭秘了首架火星無人機

為保護毅力號免受進入火星大氣層期間的高溫影響,隔熱護罩彈出。

毅力號「恐怖7分鍾」視頻公布  NASA還揭秘了首架火星無人機

赤色的荒涼之地,越來越近了。

毅力號「恐怖7分鍾」視頻公布  NASA還揭秘了首架火星無人機

在酷似科幻作品的場景中,反推器將火星車吊出,保證它穩穩着陸在火星表面,然後盡可能地遠離火星車,義無反顧地自行墜毀,至此,傳說中的「空中吊車」着陸順利完成。

毅力號「恐怖7分鍾」視頻公布  NASA還揭秘了首架火星無人機

而視頻中的下一個鏡頭就是歡呼雀躍的 NASA 地面工作人員。

毅力號「恐怖7分鍾」視頻公布  NASA還揭秘了首架火星無人機

NASA 噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)負責人 Mike Watkins 表示:

這是我們首次真正捕捉到這樣的壯觀場景,通過觀看這些視頻中火星車的表現,我們將能學到很多東西。

不僅是視頻,NASA 今日也公布了兩段音頻(一段有機器噪音,一段過濾掉了機器噪音),這讓地球上的我們聽到了來自火星的真實的風聲。

鏈接戳:https://soundcloud.com/nasa/first-sounds-from-mars-filters-out-rover-self-noise/s-rnjGarHQjxB

後續,團隊將繼續對毅力號系統及其周圍的環境進行初步檢查,使用火星環境動力學分析儀進行首次天氣觀測。

NASA JPL 揭秘機智號無人機

上述被 NASA 稱為是「史詩級」的珍貴音頻和視頻,源自毅力號上搭載着的 23 台相機和 2 個麥克風——此次毅力號也攜帶了眾多黑科技登上火星,其中最吸睛的莫過於機智號無人機。

毅力號「恐怖7分鍾」視頻公布  NASA還揭秘了首架火星無人機

機智號被安置在毅力號的腹部位置,重 1.8 公斤、高 0.5 米、螺旋槳直徑 1.2 米,由兩個反向旋轉的螺旋槳提供升力,功率 350 瓦。

這架無人機靠其頂部的太陽能板進行充電,充電一天大概可飛行 90 秒。

它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  801 處理器、高通飛行控制面板以及 Linux 飛行控制系統。

最近,IEEE Spectrum 也與 NASA JPL 火星無人機運營負責人 Tim Canham 進行了一場對話,雷鋒網在不改變其原意的基礎上進行了編譯。以下文字或許能讓我們機智號的了解更為深入。

IEEE Spectrum:關於機智號的硬件,是否能簡要介紹一下?

Tim Canham:由於機智號是一種技術演示,JPL 願意接受更多的風險。

對於常規的深空探測任務來說,研究團隊通常十分注重軟硬件,但我們此次使用了很多現成的消費硬件,雖然有一些電子元件異常堅固、可抗輻射,但大部分技術都是商業級的。例如,我們使用的處理器是高通驍龍 801,它本質上是一個手機處理器,不過也要比火星探測器上的處理器強大得多,算力要高出幾個數量級。

原因在於,要控制飛行,制導迴路需要以 500hz 的頻率運行,此外捕捉圖像、分析特徵需要以 30hz 的頻率逐幀追蹤,這需要相當強大的計算能力,而 NASA 目前的航空電子設備都沒有足夠的功率。

您能描述一下傳感器在導航方面的用途嗎?

我們使用的是一個手機級 IMU(慣性傳感器)、一個激光高度計和一個向下指向的 VGA(視頻圖形陣列)攝像機,主要用於單目特徵跟蹤。無人機的導航方式是:一幀一幀地比較幾十個特徵,跟蹤相對位置,計算出方向和速度。實際上這都是通過估算位置來完成的,而非記憶特徵或創建地圖。

另外還有一個傾斜儀,用來在起飛時確定地面的傾斜度。

我們還有一個手機級的 1300 萬像素彩色相機,它不是用來導航的,而是用於在飛行時拍一些漂亮的照片,我們將其稱為 RTE。

毅力號「恐怖7分鍾」視頻公布  NASA還揭秘了首架火星無人機

【機智號的激光高度計和導航攝像機】

機智號是自動操作的嗎?

在某些層面,我們幾乎可以把機智號想象成一架傳統的宇宙飛船。它有一個排序引擎,我們將寫好的一系列序列和命令上傳到機智號上,它就能執行這些命令。我們在地面模擬飛行中,通過規劃一系列的路徑點作為規劃導航的一部分,我們把命令序列發送給導航軟件,當我們想讓無人機飛行時,導航軟件就會開始運行,執行起飛,穿過不同的航路點,然後着陸。

自然,這意味着飛行是事先非常明確地計劃好的,這不是真正的自主,因為如果我們不給它目標和規則,它也做不了任何高級推理。

我們在這個項目中沒有時間開發出真正意義上的自主直升機,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。

什麼情況下,機智號會偏離預定軌跡?

在所有傳感器正常運行的時候,導航軟件都會產生良好的數據。如果傳感器出現問題,機智號會以當前的狀態嘗試着陸,然後告訴地面發生了什麼,等我們處理。如果傳感器失靈,直升機就不會繼續飛行。

機智號飛往哪里該如何決定?

我們將進行一個所謂的選址過程,這一過程從軌道圖像開始(一種用於識別可能的地點的粗略方法),接着毅力號會去其中一個地點做廣泛調查,根據岩石、坡度甚至紋理特徵,為機智號選擇一個操作地點。

按計劃機智號此次將會做怎樣的飛行?

因為這是我們第一次進行試驗,我們計劃了三次主要飛行,這三次飛行中,機智號都會回到起飛地降落,因為這個地方是經過調查的安全區域。

我們有一個 30 天的窗口期,如果我們有時間,我們可能還會嘗試第四次飛行任務。

有哪些工程師們會覺得有趣的事情呢?

這是我們第一次在火星上使用 Linux。

我們實際上是在 Linux 操作系統上運行的,我們使用的軟件框架是 JPL 為立方體衛星和儀器開發的,幾年前我們把它開源了。所以,工程師們可以得到一個在火星直升機上飛行的軟件框架,並把它用在自己的項目上,這是一種開源的勝利。

這對 JPL 來說也是一件新鮮事,因為我們傾向於喜歡非常安全且經過驗證的東西,但很多人對此很興奮,我們也很期待做這件事。

來源:cnBeta