震撼！毅力號「恐怖 7 分鐘」視頻公布， NASA 還揭秘了首架火星無人機

本文作者：付靜

2021-02-23 18:01

導語：被 NASA 稱為是“史詩級”的音視頻，源自毅力號上搭載著的 23 臺相機和 2 個麥克風。

「恐怖 7 分鐘」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 分鐘左右——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，但鑒于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，到達位于火星北緯 18 度、西經 77 度區域的杰澤羅隕石坑（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 分鐘內發生了什么？

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、著陸過程，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。

震撼！毅力號「恐怖 7 分鐘」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。

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赤色的荒涼之地，越來越近了。

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在酷似科幻作品的場景中，反推器將火星車吊出，保證它穩穩著陸在火星表面，然后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」著陸順利完成。

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而視頻中的下一個鏡頭就是歡呼雀躍的 NASA 地面工作人員。

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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

后續，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，源自毅力號上搭載著的 23 臺相機和 2 個麥克風——此次毅力號也攜帶了眾多黑科技登上火星，其中最吸睛的莫過于機智號無人機。

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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：關于機智號的硬件，是否能簡要介紹一下？

Tim Canham：由于機智號是一種技術演示，JPL 愿意接受更多的風險。

對于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。

原因在于，要控制飛行，制導回路需要以 500hz 的頻率運行，此外捕捉圖像、分析特征需要以 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，主要用于單目特征跟蹤。無人機的導航方式是：一幀一幀地比較幾十個特征，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，而非記憶特征或創建地圖。

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，而是用于在飛行時拍一些漂亮的照片，我們將其稱為 RTE。

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【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，然后著陸。

自然，這意味著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。

什么情況下，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著陸，然后告訴地面發生了什么，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（一種用于識別可能的地點的粗略方法），接著毅力號會去其中一個地點做廣泛調查，根據巖石、坡度甚至紋理特征，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，并把它用在自己的項目上，這是一種開源的勝利。