NASA毅力號(hào)火星車已成功著陸火星 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)值得關(guān)注

阿聯(lián)酋、中國、美國于 2020 年窗口期先后發(fā)射的「火星三杰」，如今都在按各自的計(jì)劃繼續(xù)探索之旅——最新的消息是，NASA 毅力號(hào)火星車已成功著陸火星，并傳回了多張照片。

位于美國南加州的 NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(Jet Propulsion Laboratory)任務(wù)控制中心宣布，北京時(shí)間 2021 年 2 月 19 日凌晨 4 點(diǎn) 55 分左右，毅力號(hào)以每小時(shí) 19312 公里的速度撞擊火星大氣層，約 7 分鐘后，以 “空中吊車”方式順利登陸火星，到達(dá)位于火星北緯 18 度、西經(jīng) 77 度區(qū)域的杰澤羅隕石坑(Jezero Crater)。

當(dāng)天，毅力號(hào)還傳回了它拍下的首張圖像——一幅黑白的火星地表圖。

NASA：毅力號(hào)將改寫教科書

北京時(shí)間 2020 年 7 月 30 日 19 時(shí) 50 分，佛州卡納維拉爾角空軍基地(Cape Canaveral Air Force Station)41 號(hào)發(fā)射場，搭載著毅力號(hào)的阿特拉斯 5 型運(yùn)載火箭(Atlas V-541，又稱宇宙神 5 號(hào))發(fā)射升空。

在登陸火星之前，毅力號(hào)經(jīng)歷了 203 天的旅程，跨越了 4.72 億公里。

著陸之后，NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的工程師和科學(xué)家們一直在等待著火星車的下一次數(shù)據(jù)傳輸。

終于，在毅力號(hào)成功登陸火星后不到一天的時(shí)間里，數(shù)艘環(huán)繞火星飛行的航天器逐一傳回了數(shù)據(jù)，知道一切都在按計(jì)劃進(jìn)行，團(tuán)隊(duì)才算是松了一口氣。

對于此次的重要突破，NASA 代理局長Steve Jurczyk 表示：

這次著陸火星是 NASA 乃至全球太空探索的關(guān)鍵時(shí)刻之一。我們知道，我們離突破性的發(fā)現(xiàn)并不遠(yuǎn)了，可以說是在改寫教科書。

這一消息也在各大社交平臺(tái)引起了廣泛關(guān)注。

但正如 NASA 官網(wǎng)的新聞稿所言：

更令人興奮的是探測器著陸時(shí)拍攝的高分辨率圖像。

其實(shí)早在2011 年 11 月，NASA 就發(fā)射了火星探測器「好奇號(hào)」——它是美國第 7 個(gè)火星探測器、第 4 臺(tái)火星車，也是世界首輛核動(dòng)力火星車，其使命便是探尋火星上的生命元素。

2012 年 8 月 6 日，好奇號(hào)成功登陸火星表面，當(dāng)時(shí)這一探測器發(fā)回了一段即將著陸火星表面時(shí)拍下的下降過程定格動(dòng)畫，而此次的毅力號(hào)作為好奇號(hào)的 “繼任者”，更是配備了攝像機(jī)，捕捉到了其著陸過程的視頻。

目前，這一視頻仍在向地球傳回并進(jìn)行處理中，下圖是 NASA 公布的一張視頻截圖。

據(jù)了解，不同于此前的探測器，毅力號(hào)上大多數(shù)的相機(jī)都是彩色的，通過其攜帶的相機(jī)，NASA 獲取了幾張彩色圖像。

下圖出自毅力號(hào)下端的 Hazcam，這是毅力號(hào)拍下的第一張高分辨率彩色火星圖像。

著陸后，毅力號(hào)前后兩端的兩臺(tái) Hazcam 也拍攝了照片，下圖顯示的是探測器的其中一個(gè)輪子落在了火星的泥土上。

另外 NASA 也公布了下面這張黑白特寫。

這張圖出自 NASA 的 “火星勘測軌道器”(Mars Reconnaissance Orbiter，MRO)之手。如下圖所示，MRO 利用一個(gè)特殊的高分辨率相機(jī)(HiRISE 相機(jī))，捕捉到了連接著降落傘的毅力號(hào)下降的過程。

作為一款多用途火星探測器，MRO 的設(shè)計(jì)由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)(其 HiRISE 相機(jī)由美國亞利桑那大學(xué)負(fù)責(zé))，它于 2005 年 8 月 12 日同樣由宇宙神 - 5 運(yùn)載火箭發(fā)射，其目標(biāo)之一就是為后續(xù)的火星著陸任務(wù)尋找適合的著陸地點(diǎn)，同時(shí)為這些任務(wù)提供通信中繼功能：

2006 年 3 月 10 日，MRO 進(jìn)入大橢圓火星極軌道;

2006 年 9 月，MRO 進(jìn)入 250km/316km 的近圓軌道;

2006 年 11 月 17 日，MRO 與勇氣號(hào)合作完成了軌道中繼通信測試;

2012 年，MRO 利用高分辨率相機(jī)拍下了好奇號(hào)著陸火星的過程。

不僅如此，NASA 表示，后續(xù)要將原本固定在毅力號(hào)甲板位置的桅桿(火星車的 “頭部”)釋放出來。

NASA 的想法是，用于火星車行駛的導(dǎo)航攝像機(jī) Navcams 與兩個(gè)科學(xué)攝像機(jī)(可縮放的 Mastcam-Z 和被稱為 SuperCam 的激光儀器) 將 “共享”桅桿上的空間，桅桿升起之后，Navcams 有望拍攝甲板及其周圍環(huán)境的全景照片。

“最復(fù)雜的機(jī)器人地質(zhì)學(xué)家”

毅力號(hào)的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是天體生物學(xué)，包括尋覓形成于 35 億年前的火星古代微生物生命跡象，它將是首次收集火星巖石和風(fēng)化層的任務(wù)，NASA 希望能夠通過毅力號(hào)更為準(zhǔn)確地描述火星的地質(zhì)、氣候。

正如前文所述，毅力號(hào)的主要探索地點(diǎn)是火星伊西迪斯平原(Isidis Planitia)西部邊緣(火星赤道以北)一個(gè)叫做杰澤羅隕石坑(Jezero Crater)的地方，作為一個(gè)巨大的撞擊盆地，其寬約 45 公里。此前，科學(xué)家們已經(jīng)確定，35 億年前這個(gè) “大坑”存在著三角洲，充滿了水。

也就是說，要了解火星，這里是一個(gè)不錯(cuò)的切入點(diǎn)。

自然，要達(dá)到最終目的，科學(xué)儀器是關(guān)鍵——按 NASA 的話說就是，毅力號(hào)是 “最復(fù)雜的機(jī)器人地質(zhì)學(xué)家”。

毅力號(hào)有著總重 59 公斤(毅力號(hào)探測器重 1026 公斤)的 7 臺(tái)科學(xué)儀器：

變焦全景相機(jī) Mastcam-Z：位于桅桿上，不僅能鑒定巖石成分、輔助火星車行進(jìn)，還能得到高清晰度的全景 3D 立體圖像;

火星環(huán)境動(dòng)力學(xué)分析儀 MEDA：記錄、分析火星的大氣溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、沙塵大小與形態(tài);

制氧儀 MOXIE：從二氧化碳中提取氧氣，既要為未來宇航員登陸火星吸氧做準(zhǔn)備，還要作為航天器返回地球的燃料來源，從而實(shí)現(xiàn) NASA 的 “造氧計(jì)劃”;

X 射線儀 PIXL：利用 X 射線對火星沙粒進(jìn)行更為精準(zhǔn)的分析;

火星地下實(shí)驗(yàn)雷達(dá)成像儀 RIMFAX：以厘米級(jí)分辨率探測火星的地下結(jié)構(gòu);

紫外光譜儀 SHERLOC：利用紫外激光分析物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)掃描可居住環(huán)境的目的;

激光超距分析儀 SuperCam：遠(yuǎn)距離分析巖石、土壤成分。

其實(shí)不僅是上述儀器，毅力號(hào)總共搭載著 23 臺(tái)相機(jī)，大部分都是彩色相機(jī)。

另外，毅力號(hào)上也搭載了 2 個(gè)麥克風(fēng)，既能收錄火星車登陸火星的聲音，火星上的風(fēng)吹草動(dòng)也可以捕捉得到，而這也是美國火星探測器首次配備有這樣的設(shè)計(jì)。

Linux 登陸火星

毅力號(hào)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也值得關(guān)注。

其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)符合航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括 2 個(gè)相同的、互為備份的模塊，即 RCE(Rover Compute Element)，采用了 IBM PowerPC 750 架構(gòu)的抗輻射中央處理器 BAE RAD750，其運(yùn)行速度比勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)所搭載的中央處理器快十倍。

其實(shí)跟隨著毅力號(hào)的，還有一架小型太陽能無人直升機(jī) “機(jī)智號(hào)”(Ingenuity)。

無人機(jī)目前被安置在毅力號(hào)的腹部位置，重 1.8 公斤，將通過相機(jī)跟蹤估計(jì)速度，實(shí)現(xiàn)視覺導(dǎo)航;它配備的是高通驍龍?zhí)幚砥?、高通飛行控制面板以及 Linux 飛行控制系統(tǒng)。

此前，JPL 飛行軟件工程師 Timothy Canham 向 IEEE Spectrum 表示：

機(jī)智號(hào)直升機(jī)使用的處理器正是高通驍龍 801(這款芯片于 2014 年 2 月 24 日發(fā)布，曾用于 2014 年 7 月發(fā)布的小米 4)。

據(jù) CSDN 消息，NASA 已將機(jī)智號(hào)的 Linux 系統(tǒng)在 GitHub 上進(jìn)行了開源。

對此，一位來自芬蘭安全公司 F-Secure 的 mikko 發(fā)推：

Mars becomes the second planet that has more computers running Linux than Windows.(火星成為第二個(gè)運(yùn)行 Linux 系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)量超過 Windows 系統(tǒng)的星球。)

據(jù)了解，在毅力號(hào)開始為期 2 年的隕石坑科學(xué)調(diào)查之前，首先將接受為期數(shù)周的測試。

而對于機(jī)智號(hào)無人機(jī)，工程師和科學(xué)家們將在接下來的一兩個(gè)月里不斷測試其速度以及每一個(gè)儀器、子系統(tǒng)、子程序。等各項(xiàng)測試完成，無人機(jī)才能進(jìn)行飛行測試階段——若此舉成功，人類探索火星就又多了一個(gè)維度，未來無人機(jī)可以用作偵察機(jī)，甚至能為火星上的宇航員提供運(yùn)輸服務(wù)。

回顧人類火星探索史可知，阿聯(lián)酋、中國、美國于 2020 年窗口期先后發(fā)射的「火星三杰」都邁出了矚目的一步。

NASA 今天在推特上表示：

The Best is Yet to Come.(最好的尚未到來。)

究竟毅力號(hào)能否改寫教科書，我們拭目以待。

關(guān)鍵詞： NASA 毅力號(hào) 火星車