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震撼!毅力号「恐怖 7 分钟」视频公布, NASA 还揭秘了首架火星无人机

作者:付静
2021/02/23 18:01

「恐怖 7 分钟」是火星探测任务中的一大难题。

火星探测器要从原来的近7000m/s 飞行速度逐渐降速至零,需要 7 分钟左右——何时减速、进入大气的姿态与角度如何、降落伞等能否按程序工作,都需要精准控制,但鉴于人类对火星的认知不足,加之地火之间单程无线电信号的延时问题,地面指挥可以说是爱莫能助。

北京时间 2021 年 2 月 19 日凌晨 4 点 55 分左右,毅力号顺利登陆火星,到达位于火星北纬 18 度、西经 77 度区域的杰泽罗陨石坑(Jezero Crater)。

而就在几小时前,NASA 重磅公布了一段视频,清晰展现了登录火星表面的震撼过程。

恐怖 7 分钟内发生了什么?

在视频中,首先是打开的降落伞。

从降落伞打开的那一刻起,毅力号的摄像机系统就开始记录了整个下降、着陆过程,探测器上的高清摄像机从距离火星表面 11 公里的地方开始拍摄,我们也因此能看到这段惊心动魄的视频。

震撼!毅力号「恐怖 7 分钟」视频公布, NASA 还揭秘了首架火星无人机

为保护毅力号免受进入火星大气层期间的高温影响,隔热护罩弹出。

震撼!毅力号「恐怖 7 分钟」视频公布, NASA 还揭秘了首架火星无人机

赤色的荒凉之地,越来越近了。

震撼!毅力号「恐怖 7 分钟」视频公布, NASA 还揭秘了首架火星无人机

在酷似科幻作品的场景中,反推器将火星车吊出,保证它稳稳着陆在火星表面,然后尽可能地远离火星车,义无反顾地自行坠毁,至此,传说中的「空中吊车」着陆顺利完成。

震撼!毅力号「恐怖 7 分钟」视频公布, NASA 还揭秘了首架火星无人机

而视频中的下一个镜头就是欢呼雀跃的 NASA 地面工作人员。

震撼!毅力号「恐怖 7 分钟」视频公布, NASA 还揭秘了首架火星无人机

NASA 喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)负责人 Mike Watkins 表示:

这是我们首次真正捕捉到这样的壮观场景,通过观看这些视频中火星车的表现,我们将能学到很多东西。

不仅是视频,NASA 今日也公布了两段音频(一段有机器噪音,一段过滤掉了机器噪音),这让地球上的我们听到了来自火星的真实的风声。

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

后续,团队将继续对毅力号系统及其周围的环境进行初步检查,使用火星环境动力学分析仪进行首次天气观测。

NASA JPL 揭秘机智号无人机

上述被 NASA 称为是“史诗级”的珍贵音频和视频,源自毅力号上搭载着的 23 台相机和 2 个麦克风——此次毅力号也携带了众多黑科技登上火星,其中最吸睛的莫过于机智号无人机。

震撼!毅力号「恐怖 7 分钟」视频公布, NASA 还揭秘了首架火星无人机

机智号被安置在毅力号的腹部位置,重 1.8 公斤、高 0.5 米、螺旋桨直径 1.2 米,由两个反向旋转的螺旋桨提供升力,功率 350 瓦。

这架无人机靠其顶部的太阳能板进行充电,充电一天大概可飞行 90 秒。

它将通过相机跟踪估计速度,实现视觉导航;它配备的是高通骁龙  801 处理器、高通飞行控制面板以及 Linux 飞行控制系统。

最近,IEEE Spectrum 也与 NASA JPL 火星无人机运营负责人 Tim Canham 进行了一场对话,雷锋网在不改变其原意的基础上进行了编译。以下文字或许能让我们机智号的了解更为深入。

IEEE Spectrum:关于机智号的硬件,是否能简要介绍一下?

Tim Canham:由于机智号是一种技术演示,JPL 愿意接受更多的风险。

对于常规的深空探测任务来说,研究团队通常十分注重软硬件,但我们此次使用了很多现成的消费硬件,虽然有一些电子元件异常坚固、可抗辐射,但大部分技术都是商业级的。例如,我们使用的处理器是高通骁龙 801,它本质上是一个手机处理器,不过也要比火星探测器上的处理器强大得多,算力要高出几个数量级。

原因在于,要控制飞行,制导回路需要以 500hz 的频率运行,此外捕捉图像、分析特征需要以 30hz 的频率逐帧追踪,这需要相当强大的计算能力,而 NASA 目前的航空电子设备都没有足够的功率。

您能描述一下传感器在导航方面的用途吗?

我们使用的是一个手机级 IMU(惯性传感器)、一个激光高度计和一个向下指向的 VGA(视频图形阵列)摄像机,主要用于单目特征跟踪。无人机的导航方式是:一帧一帧地比较几十个特征,跟踪相对位置,计算出方向和速度。实际上这都是通过估算位置来完成的,而非记忆特征或创建地图。

另外还有一个倾斜仪,用来在起飞时确定地面的倾斜度。

我们还有一个手机级的 1300 万像素彩色相机,它不是用来导航的,而是用于在飞行时拍一些漂亮的照片,我们将其称为 RTE。

震撼!毅力号「恐怖 7 分钟」视频公布, NASA 还揭秘了首架火星无人机

【机智号的激光高度计和导航摄像机】

机智号是自动操作的吗?

在某些层面,我们几乎可以把机智号想象成一架传统的宇宙飞船。它有一个排序引擎,我们将写好的一系列序列和命令上传到机智号上,它就能执行这些命令。我们在地面模拟飞行中,通过规划一系列的路径点作为规划导航的一部分,我们把命令序列发送给导航软件,当我们想让无人机飞行时,导航软件就会开始运行,执行起飞,穿过不同的航路点,然后着陆。

自然,这意味着飞行是事先非常明确地计划好的,这不是真正的自主,因为如果我们不给它目标和规则,它也做不了任何高级推理。

我们在这个项目中没有时间开发出真正意义上的自主直升机,不过这种“脚本飞行”却能证明人类未来可以在火星上成功飞行。

什么情况下,机智号会偏离预定轨迹?

在所有传感器正常运行的时候,导航软件都会产生良好的数据。如果传感器出现问题,机智号会以当前的状态尝试着陆,然后告诉地面发生了什么,等我们处理。如果传感器失灵,直升机就不会继续飞行。

机智号飞往哪里该如何决定?

我们将进行一个所谓的选址过程,这一过程从轨道图像开始(一种用于识别可能的地点的粗略方法),接着毅力号会去其中一个地点做广泛调查,根据岩石、坡度甚至纹理特征,为机智号选择一个操作地点。

按计划机智号此次将会做怎样的飞行?

因为这是我们第一次进行试验,我们计划了三次主要飞行,这三次飞行中,机智号都会回到起飞地降落,因为这个地方是经过调查的安全区域。

我们有一个 30 天的窗口期,如果我们有时间,我们可能还会尝试第四次飞行任务。

有哪些工程师们会觉得有趣的事情呢?

这是我们第一次在火星上使用 Linux。

我们实际上是在 Linux 操作系统上运行的,我们使用的软件框架是 JPL 为立方体卫星和仪器开发的,几年前我们把它开源了。所以,工程师们可以得到一个在火星直升机上飞行的软件框架,并把它用在自己的项目上,这是一种开源的胜利。

这对 JPL 来说也是一件新鲜事,因为我们倾向于喜欢非常安全且经过验证的东西,但很多人对此很兴奋,我们也很期待做这件事。

引用来源:

https://spectrum.ieee.org/automaton/aerospace/robotic-exploration/nasa-designed-perseverance-helicopter-rover-fly-autonomously-mars

https://twitter.com/nasapersevere

https://www.youtube.com/watch?v=GUqsH5y1j1M&feature=youtu.be

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