毅力号「恐怖 7 分钟」视频公布， NASA 还揭秘了首架火星无人机
作者 | 付静
「恐怖 7 分钟」是火星探测任务中的一大难题。
火星探测器要从原来的近7000m/s 飞行速度逐渐降速至零，需要 7 分钟左右——何时减速、进入大气的姿态与角度如何、降落伞等能否按程序工作，都需要精准控制，但鉴于人类对火星的认知不足，加之地火之间单程无线电信号的延时问题，地面指挥可以说是爱莫能助。
北京时间 2021 年 2 月 19 日凌晨 4 点 55 分左右，毅力号顺利登陆火星，到达位于火星北纬 18 度、西经 77 度区域的杰泽罗陨石坑（Jezero Crater）。
而就在几小时前，NASA 重磅公布了一段视频，清晰展现了登录火星表面的震撼过程。
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恐怖 7 分钟内发生了什么？
在视频中，首先是打开的降落伞。
从降落伞打开的那一刻起，毅力号的摄像机系统就开始记录了整个下降、着陆过程，探测器上的高清摄像机从距离火星表面 11 公里的地方开始拍摄，我们也因此能看到这段惊心动魄的视频。
为保护毅力号免受进入火星大气层期间的高温影响，隔热护罩弹出。
赤色的荒凉之地，越来越近了。
在酷似科幻作品的场景中，反推器将火星车吊出，保证它稳稳着陆在火星表面，然后尽可能地远离火星车，义无反顾地自行坠毁，至此，传说中的「空中吊车」着陆顺利完成。
而视频中的下一个镜头就是欢呼雀跃的 NASA 地面工作人员。
NASA 喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）负责人 Mike Watkins 表示：
这是我们首次真正捕捉到这样的壮观场景，通过观看这些视频中火星车的表现，我们将能学到很多东西。
不仅是视频，NASA 今日也公布了两段音频（一段有机器噪音，一段过滤掉了机器噪音），这让地球上的我们听到了来自火星的真实的风声。
链接戳：https://soundcloud.com/nasa/first-sounds-from-mars-filters-out-rover-self-noise/s-rnjGarHQjxB
后续，团队将继续对毅力号系统及其周围的环境进行初步检查，使用火星环境动力学分析仪进行首次天气观测。
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NASA JPL 揭秘机智号无人机
上述被 NASA 称为是“史诗级”的珍贵音频和视频，源自毅力号上搭载着的 23 台相机和 2 个麦克风——此次毅力号也携带了众多黑科技登上火星，其中最吸睛的莫过于机智号无人机。
机智号被安置在毅力号的腹部位置，重 1.8 公斤、高 0.5 米、螺旋桨直径 1.2 米，由两个反向旋转的螺旋桨提供升力，功率 350 瓦。
这架无人机靠其顶部的太阳能板进行充电，充电一天大概可飞行 90 秒。
它将通过相机跟踪估计速度，实现视觉导航；它配备的是高通骁龙 801 处理器、高通飞行控制面板以及 Linux 飞行控制系统。
最近，IEEE Spectrum 也与 NASA JPL 火星无人机运营负责人 Tim Canham 进行了一场对话，雷锋网在不改变其原意的基础上进行了编译。以下文字或许能让我们机智号的了解更为深入。
IEEE Spectrum：关于机智号的硬件，是否能简要介绍一下？
Tim Canham：由于机智号是一种技术演示，JPL 愿意接受更多的风险。
对于常规的深空探测任务来说，研究团队通常十分注重软硬件，但我们此次使用了很多现成的消费硬件，虽然有一些电子元件异常坚固、可抗辐射，但大部分技术都是商业级的。例如，我们使用的处理器是高通骁龙 801，它本质上是一个手机处理器，不过也要比火星探测器上的处理器强大得多，算力要高出几个数量级。
原因在于，要控制飞行，制导回路需要以 500hz 的频率运行，此外捕捉图像、分析特征需要以 30hz 的频率逐帧追踪，这需要相当强大的计算能力，而 NASA 目前的航空电子设备都没有足够的功率。
您能描述一下传感器在导航方面的用途吗？
我们使用的是一个手机级 IMU（惯性传感器）、一个激光高度计和一个向下指向的 VGA（视频图形阵列）摄像机，主要用于单目特征跟踪。无人机的导航方式是：一帧一帧地比较几十个特征，跟踪相对位置，计算出方向和速度。实际上这都是通过估算位置来完成的，而非记忆特征或创建地图。
另外还有一个倾斜仪，用来在起飞时确定地面的倾斜度。
我们还有一个手机级的 1300 万像素彩色相机，它不是用来导航的，而是用于在飞行时拍一些漂亮的照片，我们将其称为 RTE。
【机智号的激光高度计和导航摄像机】
机智号是自动操作的吗？
在某些层面，我们几乎可以把机智号想象成一架传统的宇宙飞船。它有一个排序引擎，我们将写好的一系列序列和命令上传到机智号上，它就能执行这些命令。我们在地面模拟飞行中，通过规划一系列的路径点作为规划导航的一部分，我们把命令序列发送给导航软件，当我们想让无人机飞行时，导航软件就会开始运行，执行起飞，穿过不同的航路点，然后着陆。
自然，这意味着飞行是事先非常明确地计划好的，这不是真正的自主，因为如果我们不给它目标和规则，它也做不了任何高级推理。
我们在这个项目中没有时间开发出真正意义上的自主直升机，不过这种“脚本飞行”却能证明人类未来可以在火星上成功飞行。
什么情况下，机智号会偏离预定轨迹？
在所有传感器正常运行的时候，导航软件都会产生良好的数据。如果传感器出现问题，机智号会以当前的状态尝试着陆，然后告诉地面发生了什么，等我们处理。如果传感器失灵，直升机就不会继续飞行。
机智号飞往哪里该如何决定？
我们将进行一个所谓的选址过程，这一过程从轨道图像开始（一种用于识别可能的地点的粗略方法），接着毅力号会去其中一个地点做广泛调查，根据岩石、坡度甚至纹理特征，为机智号选择一个操作地点。
按计划机智号此次将会做怎样的飞行？
因为这是我们第一次进行试验，我们计划了三次主要飞行，这三次飞行中，机智号都会回到起飞地降落，因为这个地方是经过调查的安全区域。
我们有一个 30 天的窗口期，如果我们有时间，我们可能还会尝试第四次飞行任务。
有哪些工程师们会觉得有趣的事情呢？
这是我们第一次在火星上使用 Linux。
我们实际上是在 Linux 操作系统上运行的，我们使用的软件框架是 JPL 为立方体卫星和仪器开发的，几年前我们把它开源了。所以，工程师们可以得到一个在火星直升机上飞行的软件框架，并把它用在自己的项目上，这是一种开源的胜利。
这对 JPL 来说也是一件新鲜事，因为我们倾向于喜欢非常安全且经过验证的东西，但很多人对此很兴奋，我们也很期待做这件事。
引用来源：
https://spectrum.ieee.org/automaton/aerospace/robotic-exploration/nasa-designed-perseverance-helicopter-rover-fly-autonomously-mars
https://twitter.com/nasapersevere
https://www.youtube.com/watch?v=GUqsH5y1j1M&feature=youtu.be
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