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#新浪科技综合#NASA毅力号直播攻略来了！万字长文详解火星任务新浪科技综合2020-07-30 10:19:120阅( 四 )


五、关于“首创号”直升机
莱特兄弟发明了第一个在我们的世界上实现动力和控制飞行的飞行器 ， 而“首创号”直升机研发团队期望他们的直升机将作为第一个在另一个世界飞行的飞行器 。 这款火星直升机只有 4 磅（1.8 公斤）重 ， 但它单薄的身体却承载着勃勃雄心 。
1 。独立的实验性飞行测试“首创号”是所谓的技术示范 ， 一个试图在有限范围内首次测试一种新能力的项目 。 “首创号”特征主要表现在 ， 四个特制的碳纤维螺旋桨排列成两个 4 英尺（1.2 米长）反向旋转的转子 ， 转速大约 2400 转——大约是标准的地球直升机转速的8倍 。 此外 ， 在太阳能电池、航空电子、传感器、通信和算法方面拥有多项创新 。 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 ， 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（测量倾斜角度）和计算机处理器 。 当然 ， 这架直升机不携带科学仪器 ， 是与火星 2020 毅力号任务分离的飞行实验 。 2 。第一架在另一个星球上飞行的飞机火星的温度已经超越了刺骨的寒冷 ， 杰洛陨石坑的夜晚冷到零下 130 华氏度（零下 90 摄氏度） 。 这样的温度将会达到现成零件的设计极限 。 在地球上进行的温度测试表明 ， 它们应该能按照设计工作 ， 但该团队期待在火星上进行真正的测试 。 “首创号”到达火星的第一个目标就是第一次在火星寒冷的夜晚继续正常工作 。 火星的大气稀薄 ， 密度只有地球大气的1% 。 由于火星大气的密度要小得多 ， 所以“首创号”被设计得很轻 ， 它的旋翼叶片则要大得多 ， 旋转速度也比地球上的直升机要快得多 。 不过 ， 火星也给了直升机一点帮助：火星的重力只有地球的三分之一 。 这意味着在给定的自旋速率下 ， 可以提升稍微多一点的质量 。 此外 ， 延迟则是在星际间与航天器通信的固有挑战 ， 这意味着喷气推进实验室的飞行控制器将无法通过操纵杆控制直升机 。 因此 ， “首创号”必须自主飞行 。 飞行指令将提前发送 ， 飞行的工程数据将在飞行完成后返回地球 。 “首创号”将通过火星车进行通信 ， 然后火星车与轨道飞行器进行通信 ， 轨道飞行器又与地球进行通信 。 3 。高超的工程技术人类经历了很多尝试和错误才弄明白如何在地球上驾驶飞机或直升机 。 经过五年多的小心翼翼的努力 ，“首创号”的工程师们终于能够证明 ， 制造出足够轻的东西 ， 且可以在火星稀薄的大气层中产生足够的升力 ， 是可能的 。 2014 年 ， 他们利用喷气推进实验室的一个特殊空间模拟室首次展示了一架直升机可以在火星稀薄的大气中起飞 。 2016 年 ， 实现了以可控的方式飞行 ， 并在 2018 年 1 月设计了一架具有火星所需全部功能的直升机测试模型 。 2019 年 1 月 ， 该团队完成了直升机的试飞 。 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” ， 但美国宇航局官员认为 ， 考虑到团队在完成任务时所运用的创造性思维 ， 这个名字很适合直升机 。 “努力克服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索的奇迹 。 ”Rupani 写道 ， “创造力是让人们完成令人惊叹的事情的东西 。 ”鲁帕尼还赞许了火星车和直升机在太空探索领域的共同努力：“这不仅仅是决心的产物 ， 它们是人类毅力和创造力的结合 。 ”5 。 成功的第一步考虑到“首创号”需要完成的所有开创式任务 ， 该团队还有一长串计划需要实行 ， 里程碑的时刻包括：在卡纳维拉尔角成功发射 ， 巡航和着陆火星；从“毅力号”火星车的引擎导流板安全降落到地面；在火星极冷的夜晚自动维持温度；用太阳能板自动充电；最后 ， 如果“首创号”的第一次飞行成功 ， 直升机团队将在火星 30 天（地球 31 天）的时间内再进行 4 次试飞 。 6 。未来的火星探索将向航空方向发展“首创号”的目的是展示在火星大气中飞行所需的技术 。 如果成功 ， 这些技术可能会使其他先进的机器人飞行器成为可能 ， 这些飞行器可能会被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可能用途包括： 提供一种独特的视角 ， 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提供的； 为机器人或人类提供高清图像和侦察； 以及进入火星车难以到达的地区 。 而且未来的直升机甚至可以帮助将轻型但至关重要的有效载荷从一个地点运送到另一个地点 。
六、毅力号的专用计算机
毅力号比 NASA 的前四辆火星车都具有更大自主性 ， 其设计被 NASA 喷气推进实验室的机器人系统工程师 Philip Twu 称为“火星自动驾驶汽车” 。 与地球上的人一样 ， 毅力号使用一系列将数据反馈给机器视觉算法的传感器进行导航 。 从 1997 年开始 ， 即使陆地自动驾驶汽车配备了最好的计算机 ， 其主要计算机的速度与高端个人电脑仍差不多 。 毅力号的狭小大脑能够处理所有的自动驾驶 ， 是因为 NASA 安装了第二台计算机 ， 其作用类似于机器人驱动程序 。
在此前的火星漫游车上 ， 导航软件必须与所有其他系统共享有限的计算资源 。 因此 ， 为了从一个点到达另一个点 ， 需要先拍摄一张照片了解周围环境 ， 稍作驾驶 ， 再停下来几分钟找出下一步的路线 。 但由于毅力号可以将许多视觉导航流程转移到专用计算机上 ， 因此无需采取这种“走走停停”的方式进行火星探测 。 取而代之的是 ， 它的主计算机可以弄清楚如何坚持不懈地到达目标位置 ， 而机器视觉计算机可以确保其在途中不会遇到任何困难 。


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