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      熱點|3米高度懸停30秒,火星無人機「機智號」首飛成功,1.2萬人貢獻開源代碼

      2021-04-25

      該文章內容轉載自 機器之心

      當地時間 19 NASA 宣布在毅力號的「注視」下,機智號(Ingenuity)無人直升機成功完成了火星上的首次飛行,并完成 3 米高度懸停 30 秒的高難度動作。

      機智號團隊表示,從火星傳回到地球的數據顯示,機智號完成了持續約 40 秒的火星首飛,在垂直上升 3 米后,執行了懸停、下降和著陸等所有設定動作。

      起飛:

      空中懸停:

      下降和著陸:

      整個飛行過程持續了約 40 秒,機智號無人機創造了人類在火星上的「萊特兄弟時刻」!

      ▍一波三折

      機智號試飛時間為美國東部時間 19 3 34 分(北京時間 15 34 分),美東時間當天 6 46 分(北京時間 18 46 分)接收到機智號通過毅力號火星車傳回地球的數據,確認其上升至預設的 3 米飛行高度,懸停約 30 秒,隨后降落并順利在火星著陸。

      此前,NASA 原定于 4 11 日擬嘗試首次動力飛行,但在機翼高速旋轉測試中,直升機電腦從飛行前模式轉為飛行模式期間,系統出現問題并提前終止測試。因此,首飛時間推遲至 14 日。但在 14 日的測試中,由于需要安裝其飛行控制軟件以修復此前出現的計算機軟件故障,驗證和安裝新飛行軟件需要時間,因此首飛時間第二次被推遲。

      一波三折之后,機智號火星無人機終于在 4 19 日首飛成功。在接下來一個月的時間里,機智號還將進行多達 4 次的飛行。第二次試飛計劃不早于 4 22 日進行,挑戰更高的飛行高度,飛行高度上升到 5 米,飛行時間會更長。最后兩次飛行將更加雄心勃勃,最后一次飛行可能會在團隊規劃的平坦、安全的飛行場(airfield)外飛行。

      Ingenuity 的首席飛行員 H?vard Grip 表示:「機智號獨創性的完成了它的首次飛行,一架動力飛機在另一個星球上的第一次飛行!」

      雖然今天機智號飛行時間很短,但具有重要意義,為今后火星飛機探索鋪平了道路。美國航天局官員表示,得益于機智號的開創性工作,未來的 Red Planet 任務通常會包括直升機作為探測器偵察員或數據采集員。

      機智號的導航相機拍到的投在火星表面的影子

      為了能在稀薄的火星大氣層中飛行,與在地球飛行的直升機相比,機智號火星無人機需要克服哪些困難呢?

      機智號旋翼的轉速要快得多,葉片達到每分鐘 2500 轉以上的轉速。機智號其實是一臺小型的共軸雙旋翼直升機,通過螺旋槳的旋轉提供升力,可以精確控制 4 個旋翼的傾角,2 個螺旋槳反向旋轉力矩抵消,無需尾槳,整體結構也更適合折疊。機智號的重量只有 1.8 千克,高 0.5 米,有 4 片旋翼,驅動電機的峰值功率可達到 350 瓦,由太陽能電池板為鋰電池充電。

      在火星上起飛是個大問題,由于火星表面和地球環境相差很大,火星表面重力大約只有地球表面的 1/3。為了讓機智號能夠在火星上飛行,必須足夠堅固,承受高轉速對機體結構的考驗。為此,機智號的旋翼、支腳都使用碳纖維構成。

      機智號原型在實驗室中的試飛(圖源:NASA

      這項耗費 8500 萬美元的飛行是一次技術演示,旨在證明在火星上能夠進行動力控制飛行,沒有其他額外任務。這次飛行驗證了未來火星飛行探測器的可行性,為未來火星宇航員使用無人機打下了基礎。

      ▍下車獨立飛行

      早在兩個月前,機智號無人機就搭上毅力號火星車的順風車,一同著陸火星。機智號被固定在毅力號的底部,它們一起經受了 8 分鐘內從秒速五公里減速到 0 的考驗,在火星成功著陸。對毅力號來說,在火星著陸就是最大的考驗。而對于附著在其底面的機智號,考驗才剛剛開始?;鹦潜砻娴臏囟葮O低,耶澤羅隕擊坑中夜晚最低溫度是零下 90 攝氏度,許多電子元件的運行都會受到影響。

      毅力號擁有核電池,因此當機智號附著在毅力號上時,可以依靠毅力號的能源保溫。

      2021 年 4 3 日,機智號無人機彩色相機拍攝的首張照片,此時機智號還在火星車底,照片中拍到了火星車兩個輪子。

      但機智號還是要脫離毅力號完成飛行任務的。在拋掉保護罩,緩慢展開,并將六塊鋰離子電池充滿之后,機智號被放置在了火星表面上。放下機智號后,毅力號盡快駛離。接下來機智號依靠著它上方的太陽能板和內部的電池順利撐過了火星寒冷的夜晚。

      毅力號駛離機智號

      蟄伏 2 個月,歷經數次拖延,并進行了一場火星上的軟件升級,機智號終于完成了首飛任務。

      在接下來的飛行計劃中,毅力號還將會把鏡頭對準機智號,以提供更多機智號在火星上的飛行照片。此外,毅力號還將在機智號飛行過程中嘗試錄音,如果可能的話,還會拍攝視頻。

      ▍機智號首飛成功背后的默默「貢獻者」

      Ingenuity 的研發團隊遠遠不止 JPL 6000 位成員,來自世界各地的開源工作者都為 Ingenuity 的飛行做出了重要貢獻。

      事實上,GitHub 上有近 12000 名開發人員通過開源為 Ingenuity 的軟件做出了貢獻。然而,就像第一張黑洞的圖片一樣,這些開發者中的大多數甚至都沒有意識到他們幫助了第一架火星直升機的飛行。

      Ingenuity 直升機在其導航計算機上運行嵌入式 Linux 發行版。其中許多軟件都使用了 JPL 的開源飛行控制框架 F PrimeF′),并使用 C++ 編寫。同時,在從地面控制到飛行建模再到數據處理,Python 生態系統都發揮著關鍵作用。

      F Prime 框架:https://github.com/nasa/fprime

      大約有 12000 人為 Ingenuity 用到的開源軟件的代碼、文檔、設計做出了貢獻。為了表彰這些貢獻者,GitHub 在他們的個人資料上添加了一種新的徽章。

      GitHub 開發者關系高級總監 Martin Woodward 說:「許多獲得徽章的人可能并不知道他們的軟件被用來在另一顆星球上駕駛直升機。我們希望確保每位貢獻者都能受到認可?!?/span>


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