澳门十大正规网站-NASA毅力号直播攻略来了!万字长文详解火星任务

日期:2021-10-27 17:06:02 | 人气: 79561

澳门十大正规网站-NASA毅力号直播攻略来了!万字长文详解火星任务 本文摘要:7 月 30 日上午 4:50/美国东部时间上午 7:50,也就是 北京时间 7 月 30 日(周四)下午 7:50,美国国家航空航天局(NASA)当下最先进设备 的火星探测车——“毅力”号预计将从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地 41 号发射场升空升空。

7 月 30 日上午 4:50/美国东部时间上午 7:50,也就是 北京时间 7 月 30 日(周四)下午 7:50,美国国家航空航天局(NASA)当下最先进设备 的火星探测车——“毅力”号预计将从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地 41 号发射场升空升空。  其任务是 找寻构成于 35 亿年前 的火星三角洲 Jezero 火山口上 的古代微生物生命迹象,搜集和存储有可能包括外星生命最初证据地质样本,并有朝一日将其送回地球。

预计火星降落时间为 2021 年 2 月 18 日。  如果错失了 7 月 30 日 的第一次升空时机,在接下来 的三周时间里,即从 7 月 30 日持续到 8 月 15 日,每天都有约两个小时 的升空窗口,只不过每天升空窗口 的时间都在变化。  一、直播进击  7 月 29 日全天,卡纳维拉尔角和喷气前进实验室 的 NASA 专家团队将直播升空倒计时及交流。

  直播地址:https://www.youtube.com/nasa  7 月 30 日,太平洋夏令时间凌晨 4 点/美国东部夏令时间上午 7 点,即北京时间 7 月 30 日下午 7 点,NASA 将展开升空任务动态报导,直播地址:  https://www.youtube.com/nasa  https://twitter.com/nasa  https://www.facebook.com/NASA  https://www.linkedin.com/company/nasa  https://www.twitch.tv/nasa  https://www.dailymotion.com/NASA  http://theta.tv/nasa  升空活动完结后,任务组成员将开会新闻发布会。  直播地址:https://www.youtube.com/nasa  录:时间表是 可行性 的,随时有可能变更。直播活动完结后,串流录音 的视频也将在YouTube和Ustream页面上获取。

  二、数据编撰  升空总质量(还包括火箭、“毅力号”火星车和“首创号”火星直升机):大约 117 万磅(53.1 万公斤)  “毅力号”火星车探测器编撰  质量:约 2260 磅(1025 公斤)  尺寸:长约 10 英尺(不还包括机械臂),长 9 英尺,低 7 英尺(宽 3 米,长 2.7 米,低 2.2 米),机械臂长大约 7 英尺(2.1 米)  载荷:130 磅(59 公斤),还包括 7 台仪器:Mastcam-Z、火星环境动力学分析仪(MEDA)、火星氧气原位实验资源利用率(MOXIE)、行星 X 射线仪(PIXL)、火星地下实验雷达成像仪(RIMFAX)、扫瞄可居住于环境 的曼光谱仪(SHERLOC)和超级照相机  样本收集系统:用作样本收集和表面分析 的钻头,1 个 1.6 英尺(0.5 米宽)宽 的内部样本处置臂和 43 个样本收集管  麦克风:1 个摄像头在超级摄像机上,1 个在月球车侧面,摄像机用作公众观赏,以及为随后 的火星转入、上升和降落获取分析资料  此外还有由美国能源部获取 的多任务放射性同位素热电发电机(MMRTG),利用钚-238 的大自然裂变产生大约 110 瓦 的平稳电流。当市场需求继续多达 MMRTG 的电力输入水平时,两种锂离子可充电电池可以符合火星车 的峰值市场需求。  “首创号”火星直升机编撰  质量: 4.0 磅(1.8 公斤)  高度: 1.6 英尺(0.49 米)  转子系统:两条偏移转动 的叶片,直径 4 英尺(1.2 米),扭矩约在 2400 rpm  机身尺寸: 0.446 英尺、0.64 英尺、0.535 英尺(13.6 厘米,19.5 厘米,16.3 厘米);四条支撑架,每条支撑架大约 1.26 英尺(0.384 米)宽,使直升机在地面下有0.427 英尺(0.13 米) 的净空距离。

  照相机系统编撰  “毅力号”将装载 25 台照相机前往火星,这是 深空探寻史上最大规模 的一次。  火星车上共 19 台摄像头:9 台工程用(彩色)摄像机;3 个用来辅助火星车 的进场、上升、降落(其中,1 个是 黑白摄像头,用作地形比较导航系统,2 个是 彩色摄像头,用作进场上升降落,公众视频传播,以及工程改建);2 个全景摄像机(反对彩色和缩放);1个超级照相机(彩色);2 个拉曼和荧光光谱仪;1 个行星 X 射线仪(黑白,有一些彩色功能);1 个火星环境动力学分析仪(黑白)  背面 3 个摄像头:彩色,用作浮现捕猎降落伞画面  迫降台上有一个摄像头:彩色,从上面眺望月球车  2 台独创性照相机:1 个彩色斜视地形图像和 1 个黑白导航系统  其它数据  登岸火星时间: 暂定为于 2021 年 2 月 18 日,美国东部时间下午 3:30(太平洋标准时间下午 12:30)  降落地点:Jezero 陨石坑,约纬度 18 度,经度 77 度  光(无线电)从火星到地球 的单向时长:2021 年 2 月 18 日时约为 10.5 分钟  任务持续时间:最少 1 火星年(大约地球上 的 687 天)  需要搜集 的样本数量:最少 30 个  “首创号”飞行中测试时间:30 火星天(大约地球上 的 31 天)  火星尺寸:约是 地球 的一半,但是 月球 的两倍。

  火星质量: 大约地球质量 的 10%  火星重力:大约地球重力 的 38%  火星轨道:椭圆轨道,比地球离太阳近 1.5倍 (从太阳到火星平均值大约 1.415 亿英里或 2.277 亿公里)  1个火星年:地球上 的 687 天  1个火星日:24 小时 39 分钟  火星大气:约地球表面大气密度 的 1%  火星温度:表面平均温度为零下 64 华氏度(零下 53 摄氏度),从极地夜间 的零下 199 华氏度(零下 128 摄氏度)到赤道正午距离太阳最近 的 80 华氏度(27 摄氏度)  资金投入数据  美国宇航局早已投资了约 24 亿美元来修建和升空火星 2020 毅力号任务。在继续执行主要任务期间,降落和运营“毅力号”火星车 的费用约是 3 亿美元。  美国国家航空航天局早已投资了约 8000 万美元来修建火星直升机,并投资了约 500 万美元来运营这架直升机。

  三、任务编撰  火星 2020 任务 的关键阶段是 升空、巡弋、抵达(也称作转入、上升和降落),以及火星表面操作者。  在为期最少一个火星年(大约 687 个地球日) 的主要任务期间,“毅力”号对耶泽洛陨石坑 的观测将解决问题火星观测 的高度优先科学目标,还包括有关火星上生命潜力 的关键问题。

  火星车 的天体生物学任务将搜索古代微生物生命 的迹象,叙述地球 的气候和地质特征,并为将来回到地球搜集样本。毅力号还将搜集有关应付未来人类火星探险挑战 的技术科学知识,并证明其可行性。  作为一项技术展示,一架别具匠心 的火星直升机也将贴满毅力号火星车 的腹部,沿着火星飞行中。

  为什么要在这个升空期?  火星离地球十分很远,是 月球与地球距离 的数百倍,目前最先进设备 的探测器从地球飞到火星,约必须七八个月。而又因为地球和火星都在环绕太阳运转,两者 的比较方位大大变化,所以当它们距离较将近时,此时升空探测器更为“经济”。

  地球与火星 的这个进发周期是 26 个月,所以每 26 个月不会经常出现一次“宝贵” 的火星观测升空窗口期。  2020 年有短短几周时间,太阳、地球和火星成一条直线,地球与火星之间 的距离最较短,将近 5400 万公里,是 火星探测器升空 的最佳时机,如果错失这种情况直到 2022 年才不会现身。  在有可能 的日期范围内自由选择升空周期 的一个优先事项,是 在降落过程中优先考虑到通信,这种时间决定 的目 的是 使轨道飞行器需要接管到来自航天器 的无线电信号,在其迫降大气层和降落过程中,这样工程师们就可以告诉每个阶段再次发生了什么。  升空  美国牵头升空联盟(ULA)Atlas V 541 两级运载火箭将从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军车站 的41号发射场升空火星 2020 号飞船。

运载火箭代号中 的数字“541”回应一个 5 米(17 英尺) 的短有效载荷整流罩、4 个液体火箭助推器和 1 个单引擎 的半人马座上层。飞船低 197 英尺(60 米)。

  这将是 “阿特拉斯”号火箭第 11 次升空火星,也是 时隔 2005 年美国宇航局火星勘测轨道器、2011 年“奇怪”号火星探测器、2013 年“马文”号轨道飞行器和 2018 年“洞察”号着陆器之后,阿特拉斯五号 的第五次升空。  在升空后约 50 至 60 分钟(各不相同实际升空时间),火星 2020 号飞船将与运载火箭分离出来,独自一人已完成剩下 的火星之旅。

运载火箭 的关键活动,事件时间各不相同启动日期和时间  飞船将在升空后 70 到 90 分钟之间开始与地面通信(某种程度各不相同升空时间)。通信时间 的变化是 由于每次升空时航天器在地球阴影中 的时间。地球 的阴影挡住了光线抵达航天器 的太阳能电池板,太阳能电池板为通信无线电获取电力。

任务掌控员想在飞船正处于阴影中时关上收音机,因为这不会在它们无法电池时消耗电池。  行星际巡弋  从地球到火星 的飞行中距离大约为 3.09 亿英里(4.97 亿公里),大约须要 213 天,这乃是 任务 的巡弋阶段。

  巡弋阶段从航天器与运载火箭分离出来时开始。在巡弋期间,“毅力”号火星车及其上升平台被维护在一个被称作“空气外壳” 的太空舱内;该外壳相连在一个圆盘状 的太阳能巡弋平台上。  在巡弋期间,工程师们继续执行一系列目的检查航天器子系统和仪器 的活动。

在这一阶段,他们还展开了前三次“弹道修正机动”。火星飞船抵达目 的地 的方位,是 为飞船设计一个特定 的飞行中路线。  由于火箭 的某些部分没像航天器那样完全洗手,火箭最初被指向一条不指向火星 的轨道,以防止车祸地将不必须 的地球物质载运到这颗红色星球上。  火星降落前 的最后 45 天是 进近阶段,主要集中于在导航系统活动上。

在这一阶段计划展开两次弹道修正机动,以便对转入目标展开最后 的调整(如果必须)。  转入、上升和降落  转入、上升和降落(EDL)阶段开始于航天器抵达火星大气层顶部时,速度大约为 12100 英里/小时(19500 公里/小时)。约 7 分钟后,EDL 完结,火星车停车在火星表面。

  大气转入  飞船转入大气层前 10 分钟,瓦解巡弋阶段。该航天器将利用一种称作“引领转入” 的技术操控其迫降到火星大气层中,以增大目标椭圆形状 的火星降落区域 的大小,同时补偿火星大气密度 的变化。在制导转入过程中,坐落于弹壳背面 的小型推进器将调整升力 的角度和方向,使航天器需要掌控其飞行中距离。  峰值冷却再次发生在大气转入后大约75秒,此时防水车顶外表面 的温度将超过大约 2370 华氏度(大约 1300 摄氏度)。

  毅力号于是以朝着美国宇航局迄今为止仅次于 的火星登岸挑战前进。耶泽洛陨石坑是 一个 28 英里长(45 公里长) 的碰撞盆地,有一个有意思 的古老 的三角洲,还有平缓 的悬崖边、沙丘、巨砾场和较小 的撞击坑。为了确保安全降落 的仅次于概率,任务减少了新的 的 EDL 技术,即距离启动时和地形涉及导航系统。

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  降落阶段  火星车应当在火星下午降落——约是 当地平均值太阳时下午 3:45(明确时间各不相同实际升空日)。旋即之后,火星车 的计算机从转入、上升和降落模式转换到地面模式。这启动了在红色行星表面 的第一个火星日自律活动。  火星 的一天,是 24 小时 39 分 35.244 秒。

(毅力号团队成员偏向于在火星白天工作,而不是 地球日,因为火星车将在火星白天工作,而在火星之夜“睡”。毅力号火星车 的计划使用寿命为火星表面一年。

  初检  “毅力”号 的团队将在前 90 个 sol(火星日)上对探测器 的所有部件和科学仪器展开测试。这段“检查”期保证了还包括团队在内 的一切准备就绪,可以展开地面作业。

对于这 90 个 sol,操作者团队将致力于火星时间,这意味著他们将把时钟设置为火星日(比地球日长约 40 分钟)。这使他们需要较慢号召漫游者在其工作日中遇上 的任何问题,并保证修改后 的解释已准备好用作下一个 sol。

  在火星时间上工作也意味著团队成员每天将开始时间延期 40 分钟。最后,团队成员将在半夜醒来时开始轮班。  在调试 的前 16 个 sol 中,毅力号将:  进行桅杆和高增益天线  开始对着陆点展开光学  升级月球车飞行中软件  对所有仪器展开健康检查  演出“健美操”,用力手臂,测试它 的动作  展开短距离驾驶员测试  把肚盘放到漫游车下面,这样可以在着陆维护直升机  整个调试阶段在降落后约30个sol完结,这各不相同活动展开得如何。

  直升机飞行中试验  在这段时间内,毅力号必须寻找一块平缓 的区域,来作为“智慧”号火星直升机 的停机坪。火星车将在这一区域 的中心部署独创性,并驾驶员一段安全性距离。作为技术展示 的一部分,直升机团队将有多达 30 架 SOL 在火星上展开一系列飞行中试验。

  地面登陆作战  在这些实验直升机飞行中完结后,毅力号将开始其表面操作者阶段,预计该小组将继续执行其雄心勃勃 的科学任务:找寻古代微生物生命 的迹象,叙述火星 的气候和地质特征,并搜集精心挑选出和记录在案 的样本,以待将来重回地球。关于毅力 的科学目标 的更好信息,请参阅本新闻包在 的科学部分。  在为期一年 的火星任务期间,火星车 的活动将受到限制,例如 2021 年 9 月,太阳在火星和地球之间经常出现,阻碍了两个行星之间 的传输,这将造成火星车 的活动受到限制。

为了在现有 的时间内最大限度地展开科学研究,任务小组提早计划了行动计划,并在科学家研究数据时减少了应付新发现 的灵活性。  四、关于毅力号火星车  “毅力号”探测车是 在美国宇航局在南加州 的喷气前进实验室修建 的,里面装载了先进设备 的科学仪器、用作降落 的极强计算能力和其他新的研发 的系统。截至目前,“毅力”号是 美国宇航局修建 的仅次于、最轻 的火星探测器。

  1。“毅力号”之毅力精神  事实上,毅力号涉及 的概念研究和早期技术工作早于在 10 年前就开始了。  登岸另一颗行星、找寻古代生命 的迹象、搜集样本,每一项任务都将十分艰难。这些挑战正是 美国宇航局在“为火星车命名”竞赛中从 28000 个候选名字中自由选择“毅力”这个名字 的原因。

尤其是 在冠状病毒大风行期间,启动前 的几个月必须创造性地解决问题团队合作问题。  正如弗吉尼亚州伯克布拉多克湖中学(Lake Braddock Secondary School) 的亚历克斯马瑟(Alex Mather)在得奖文章中所写出 的那样,“我们是 一种探索者,在通向火星 的路上,我们将遭遇许多挫折。然而,我们可以坚持下去。

我们,不是 作为一个国家,而是 作为人类,会退出。”  2。创建在前浪们 的经验之上  美国宇航局在火星上 的第一个探测车叫索杰纳,只有一个微波炉大小。1997 年索杰纳号火星车展开了人类历史上第一次在火星表面和地球系统以外 的视察观测。

  之后 的火星探测车,勇气号和机遇号,都是 高尔夫球车 的大小,在 2004 年降落后,他们找到了火星在变为冰冻沙漠之前曾有水不存在 的证据。  和汽车差不多大小 的奇怪号探测器于 2012 年指定火星。奇怪号找到,它 的着陆点盖尔陨石坑(Gale Crater)在数十亿年前曾是 一个湖泊,那里 的环境有可能曾反对过微生物生命。  所以,毅力号 的目标就是 迈进下一步,谋求问天体生物学 的一个关键问题:火星上是 否有过去微生物生命 的潜在迹象,或生命特征?  3。

将在近于有可能找到生命不存在迹象 的地方降落  杰洛陨石坑是 一个 28 英里长(45 公里长) 的陨石坑,坐落于 Isidis Planitia 的西部边缘,火星赤道以北,是 一个极大 的碰撞盆地。而科学家推断,在很远 的过去,这个陨石坑有可能是 一个绿洲。

  在 30 亿到 40 亿年前,那里有一条河流流向一个像太浩湖那么大 的水体,沉积着含有碳酸盐矿物和粘土 的沉积物。“毅力号”科研小组指出,这个古老 的河流三角洲有可能积存并留存了有机分子和其他潜在 的微生物生命迹象。

  4。搜集关于火星地质和气候 的最重要数据  火星轨道飞行器仍然在杰洛陨石坑上方大约 200 英里(322 公里)处搜集图像和数据,但要想要在火星表面寻找古代生命 的迹象,还必须更加近距离 的仔细观察。  所以就必须流浪者般 的毅力,前往理解火星过去 的气候条件,理解火星岩石中埋 的地质历史。这一任务将使科学家对火星在很远 的过去是 什么样子有更加非常丰富 的理解,研究这颗红色星球 的地质和气候,也能让我们理解为什么地球和火星——它们由完全相同 的完整物质构成——最后却不会如此有所不同。

  5。来往火星之旅 的第一步  对火星上远古生命 的检验必须大量 的证据。而“毅力号”是 第一个将样本储存系统带回火星 的漫游者,该系统将为未来 的任务送回有期望 的样本。  与“奇怪号”钻头所做到 的有所不同,“毅力号” 的钻头将切割成出有一块粉笔大小 的原始岩心,并将它们放进样管中。

美国宇航局和欧洲航天局正在计划一项火星样本回到任务,在地球上检测这些样本将不会获取更加多关于它们 的信息。  6。

为未来人类 的月球和火星任务说明前路  在火星 2020“毅力号”任务中,将不利于人类探寻 的未来技术,还包括火星车 的地形比较导航系统。作为降落系统 的一部分,地形比较导航系统是 毅力需要探寻像杰洛陨石坑这样有意思 的地方 的主要原因。  它将使漫游者需要较慢自律地理解其在火星表面 的方位,并在上升过程中调整其轨迹。这项技术将需要为机器人和宇航员登岸月球 的任务获取宝贵 的协助,并且是 未来机器人和宇航员探寻火星 的必要条件。

  工程师们还为毅力号研发了比其他任何火星车更加强劲 的自动驾驶智能,使它在一天 的运营中可以覆盖面积更加多 的地面,而需要等候地球上 的工程师发送到指令。这种能力(归功于升级 的传感器、计算机和算法)将使其他航天器更加有效地探寻月球、火星和其他天体。

  7。每一个人 的火星之旅  火星 2020“毅力号”任务装载 的照相机数量多达了历史上任何一次星际任务。“毅力号”上有 19 个摄像头,可以摄制到令人惊叹 的细节。

与之前 的火星任务一样,火星 2020“毅力号”任务计划在其网站上获取完整和处置过 的图像。  本着公众参予 的精神,“毅力号”火星车还装载了一个电化镀板,上面用莫尔斯电码写出着“Explore as one”,还有三个硅芯片,上面有约 1090 万人 的名字,他们甄选参与了毅力号 的火星之旅。  五、关于“首创号”直升机  莱特兄弟发明者了第一个在我们 的世界上构建动力和掌控飞行中 的飞行器,而“首创号”直升机研发团队希望他们 的直升机将作为第一个在另一个世界飞行中 的飞行器。

这款火星直升机只有 4 磅(1.8 公斤)轻,但它薄弱 的身体却支撑着勃勃雄心。  1。独立国家 的实验性飞行中测试  “首创号”是 所谓 的技术样板,一个企图在受限范围内首次测试一种新的能力 的项目。

  “首创号”特征主要展现出在,四个特制 的碳纤维螺旋桨排成两个 4 英尺(1.2 米宽)偏移转动 的转子,扭矩约 2400 并转——约是 标准 的地球直升机扭矩 的8倍。  此外,在太阳能电池、航空电子、传感器、通信和算法方面享有多项创意。

但同时,它 的许多其他部件都是 商用 的,比如来自智能手机领域 的现成部件,还包括两个摄像头、一个惯性测量单元(测量移动)、一个高度计(测量高度)、一个倾斜仪(测量弯曲角度)和计算机处理器。  当然,这架直升机不装载科学仪器,是 与火星 2020 毅力号任务分离出来 的飞行中实验。

  2。第一架在另一个星球上飞行中 的飞机  火星 的温度早已打破了刺骨 的严寒,杰洛陨石坑 的夜晚冻到零下 130 华氏度(零下 90 摄氏度)。这样 的温度将不会超过现成零件 的设计无限大。在地球上展开 的温度测试表明,它们应当能按照设计工作,但该团队期望在火星上展开确实 的测试。

“首创号”抵达火星 的第一个目标就是 第一次在火星严寒 的夜晚之后长时间工作。  火星 的大气平流层,密度只有地球大气 的1%。由于火星大气 的密度要大得多,所以“首创号”被设计得较轻,它 的旋翼叶片则要小得多,转动速度也比地球上 的直升机要更快。

  不过,火星也给了直升机一点协助:火星 的重力只有地球 的三分之一。这意味著在等价 的磁矩速率下,可以提高略为多一点 的质量。  此外,延后则是 在星际间与航天器通信 的固有挑战,这意味著喷气前进实验室 的飞行中控制器将无法通过操纵杆掌控直升机。

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因此,“首创号”必需自律飞行中。飞行中指令将提早发送到,飞行中 的工程数据将在飞行中已完成后回到地球。

  “首创号”将通过火星车展开通信,然后火星车与轨道飞行器展开通信,轨道飞行器又与地球展开通信。  3。

高超 的工程技术  人类经历了很多尝试和错误才摸明白如何在地球上驾驶员飞机或直升机。经过五年多 的小心翼翼 的希望, “首创号” 的工程师们再一需要证明,生产出有充足重 的东西,且可以在火星平流层 的大气层中产生充足 的升力,是 有可能 的。

  2014 年,他们利用喷气前进实验室 的一个类似空间仿真室首次展出了一架直升机可以在火星平流层 的大气中降落。2016 年,构建了以高效率 的方式飞行中,并在 2018 年 1 月设计了一架具备火星所须要全部功能 的直升机测试模型。2019 年 1 月,该团队已完成了直升机 的首飞。  4。

“首创号” 的名字  来自阿拉巴马州诺斯波特 的 Vaneeza Rupani 最初为火星 2020 号火星车命名“首创号”,但美国宇航局官员指出,考虑到团队在已完成任务时所运用 的创造性思维,这个名字很合适直升机。  “希望解决星际旅行挑战 的人们 的聪明才智,让我们所有人都能体验到太空探寻 的奇迹。”Rupani 写到,“创造力是 让人们已完成令人惊叹 的事情 的东西。

”  鲁帕尼还赞赏了火星车和直升机在太空探寻领域 的共同努力:“这某种程度是 决意 的产物,它们是 人类毅力和创造力 的融合。”  5。顺利 的第一步  考虑到“首创号”必须已完成 的所有首创式任务,该团队还有一长串计划必须实施,里程碑 的时刻还包括:  在卡纳维拉尔角顺利升空,巡弋和降落火星;  从“毅力号”火星车 的引擎导流板安全性迫降到地面;  在火星极冷 的夜晚自动保持温度;  用太阳能板自动电池;  最后,如果“首创号” 的第一次飞行中顺利,直升机团队将在火星 30 天(地球 31 天) 的时间内再行展开 4 次首飞。

  6。未来 的火星探寻将向航空方向发展  “首创号” 的目 的是 展出在火星大气中飞行中所须要 的技术。如果顺利,这些技术可能会使其他先进设备 的机器人飞行器沦为有可能,这些飞行器可能会被还包括在未来 的机器人和人类火星任务中。

  未来直升机在火星上 的有可能用途还包括: 获取一种独有 的视角,这是 我们目前高空 的轨道飞行器或地面上 的火星车和着陆器无法获取 的; 为机器人或人类获取高清图像和侦查; 以及转入火星车无法抵达 的地区。  而且未来 的直升机甚至可以协助将轻型但至关重要 的有效载荷从一个地点载运到另一个地点。

  六、毅力号 的专用计算机  毅力号比 NASA 的前四辆火星车都具备更大自主性,其设计被 NASA 喷气前进实验室 的机器人系统工程师 Philip Twu 称作“火星自动驾驶汽车”。  与地球上 的人一样,毅力号用于一系列将数据对系统给机器视觉算法 的传感器展开导航系统。从 1997 年开始,即使陆地自动驾驶汽车配有了最差 的计算机,其主要计算机 的速度与高端个人电脑仍差不多。毅力号 的狭小大脑需要处置所有 的自动驾驶,是 因为 NASA 加装了第二台计算机,其起到类似于机器人驱动程序。

  就像地球上 的自动驾驶汽车一样,毅力号将用于一系列传感器将数据输出机器视觉算法中展开导航系统  在此前 的火星漫游车上,导航系统软件必需与所有其他系统分享受限 的计算资源。因此,为了从一个点抵达另一个点,必须再行摄制一张照片理解周围环境,稍加驾驶员,再行停下几分钟找到下一步 的路线。但由于毅力号可以将许多视觉导航系统流程移往到专用计算机上,因此需要采行这种“走走停停” 的方式展开火星观测。

取而代之 的是 ,它 的主计算机可以弄清楚如何坚持不懈地抵达目标方位,而机器视觉计算机可以保证其在途中会遇上任何艰难。  七、毅力号 的机器视觉算法  自律行经对于已完成毅力号 的愿景至关重要。地球与火星之间 的距离可以使无线电信号以光速传播宽约 22 分钟以展开单程旅行。长时间 的延后将使其无法实时控制漫游车,且等候将近一个小时 的命令在火星与地球之间展开来往旅行也很不现实。

  毅力号有一个灵活 的时间表,它必须从一架小型直升机上飞下来展开飞行中测试,然后搜集数十个岩石样本并在地面寻找可以存放在 的地方。如果毅力号必须在一年中已完成所有任务,它必需需要独立国家展开导航系统决策。  地面自动驾驶车辆一般来说用于激光确认物体方位以及与物体 的距离,但激光雷达系统体积可观,耗电低且更容易再次发生机械故障。因此,毅力号将用于立体视觉和视觉测距法确认火星上 的方位。

立体视觉融合了来自“左摄像机”和“右摄像机” 的两幅图像,以创立漫游车周围 的3D图片,而视觉测距软件及时分析分离出来 的图像,预估漫游车已移动了多近。  “我们担忧激光雷达在太空飞行中 的机械可靠性,”美国宇航局喷气前进实验室高级研究科学家兼任计算机视觉小组主管 Larry Matthies 说道。“几十年前,当激光雷达还不成熟期时,我们就开始在喷气前进实验室用于立体视觉展开 3D 感官,效果还不俗。

”  Matthies 已协助火星上 的每辆漫游车创建视觉导航系统。除了 NASA 首次在火星上行经 的“旅居者”号(Sojourner)以外,其所有移动漫游车都将立体视觉与视觉测距法融合用于。但毅力号与众不同 的地方在于,它有专用硬件和一套精致 的机器视觉算法。  八、技术挑战与解决方案  毅力号 的新型数字眼镜能更慢地自律导航系统周围环境,因此有更加多时间专心于主要科学目标。

但毅力号仍必须一整天时间才能超过树懒在一小时内可以覆盖面积 的完全相同距离。所有火星漫游车一天中 的最久行经距离为 219 米,毅力号每天可以行经 200 米左右,因此平均值而言,毅力号已超过或打破此前 的火星漫游车行经记录。

  由于火星没磁场与浓烈 的大气层,无法屏蔽来自太阳带电粒子 的风化,这些粒子不会对计算机上导致严重破坏。它们不会造成晶体管在不理应 的情况下导通或变频器,并且如果积累充足多 的这些错误,将不会造成计算机瓦解,甚至遗失宝贵 的数据导致整个任务告终。因此NASA工程师不会尽一切希望避免事故再次发生。

  目前有很多技术可以使计算机不不受电磁辐射阻碍。例如,可以加到其他无法导通和变频器 的晶体管。

赛灵思公司(Xilinx) 的空间系统架构师 Minal Sawant 为毅力号设计并生产了机器视觉芯片。根据赛灵思公司展开 的资格测试,该芯片每年不再次发生多达两次 的旋转错误,即离子造成存储在存储器中 的信息量从一变成零。  但维护处理器免遭电磁辐射不会伤害其性能。这与处理器 的设计有关,也与测试组件 的抗辐射能力花费很长时间涉及。

NASA 2020 火星任务团队  Matthies 说道:“即使硬件是 极致 的,算法也总是 不会犯错误。在计算机视觉中,不存在离群值造成算法错误。因此,我们必需压过这种可能性。

”离群值有可能还包括漫游车看到物体或将其误以为其他物体 的情况。解决问题此问题 的一种方法是 从其他传感器提供漫游车 的导航系统数据,让它某种程度依赖视线来绕。例如,陀螺仪和加速度计就可以协助漫游车理解火星表面 的坡度和粗糙度。

  Twu 说道:“系统就越简单,可以作出 的决策类型就越少。这必须保证早已涵括了漫游车有可能遇上 的所有有可能情况,通过展开多次实际动手测试能找到算法中 的不足之处。”  在极大沙箱中排序巨石 的方法有很多种。

毅力号导航系统算法 的大多数测试都在虚拟世界建模中展开。通过在软件上投入所有有可能场景,理解其在有所不同情况下 的性能。

虽然场景周围大多仍是 混合(虚拟世界)岩石,但可以建模 的景观类型和场景并没确实容许。Twu 称之为,对视觉算法展开全面测试,再加漫游车引进 的所有传感器数据,将使毅力号比其他任何火星漫游车更加自如地在艰难地形上导航系统。  即使是 最极致 的仿真,与现实物体比起也变得更为苍白。

明年2月,毅力号迫降在火星上时,将拒绝接受更加严苛 的测试。  如果一切顺利,它所刻画 的路径将引领我们寻找地球以外生命不存在 的证据。  北京时间 7 月 30 日下午 7 点半,作为时隔天问一号火星观测任务升空之后 的 2020 火星年重磅大戏,我们拭目以待。

  直播地址:https://www.youtube.com/nasa  毅力号,奥利给!。


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