NASA意志號(hào)直播攻略來了！萬字長文詳解火星使命
本文來歷：學(xué)術(shù)頭條，作者：學(xué)術(shù)頭條，修改：曹綺桐、劉藝馨、周子?jì)?，頭圖來自：視覺我國
美國太平洋時(shí)刻 7 月 30 日上午 4：50/美國東部時(shí)刻上午 7：50，也便是北京時(shí)刻 7 月 30 日（周四）下午 7：50，美國國家航空航天局（NASA）當(dāng)下最先進(jìn)的火星勘探車——“意志”號(hào)估計(jì)將從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地 41 號(hào)發(fā)射場發(fā)射升空。
其使命是尋覓構(gòu)成于 35 億年前的火星三角洲 Jezero 火山口上的古代微生物生命痕跡，搜集和存儲(chǔ)或許包含外星生命開端依據(jù)地質(zhì)樣本，并有朝一日將其帶回地球。估計(jì)火星著陸時(shí)刻為 2021 年 2 月 18 日。
假如錯(cuò)失了 7 月 30 日的榜初次發(fā)射機(jī)會(huì)，在接下來的三周時(shí)刻里，即從 7 月 30 日持續(xù)到 8 月 15 日，每天都有大約兩個(gè)小時(shí)的發(fā)射窗口，只不過每天發(fā)射窗口的時(shí)刻都在改變。
一、直播攻略
7 月 29 日全天，卡納維拉爾角和噴氣推動(dòng)試驗(yàn)室的 NASA 專家團(tuán)隊(duì)將直播發(fā)射倒計(jì)時(shí)及溝通。直播地址：https://www.youtube.com/nasa
7 月 30 日，太平洋夏令時(shí)刻清晨 4 點(diǎn)/美國東部夏令時(shí)刻上午 7 點(diǎn)，即北京時(shí)刻 7 月 30 日下午 7 點(diǎn)，NASA 將進(jìn)行發(fā)射使命實(shí)時(shí)報(bào)導(dǎo)，直播地址：https://www.youtube.com/nasa
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發(fā)射活動(dòng)完畢后，使命組成員將舉行新聞發(fā)布會(huì)。直播地址：https://www.youtube.com/nasa
注：時(shí)刻表是開端的，隨時(shí)或許更改。直播活動(dòng)完畢后，點(diǎn)播錄制的視頻也將在YouTube和Ustream頁面上供給。
二、數(shù)據(jù)詳解
發(fā)射總質(zhì)量（包含火箭、“意志號(hào)”火星車和“創(chuàng)始號(hào)”火星直升機(jī)）：約 117 萬磅（53.1 萬公斤）
“意志號(hào)”火星車勘探器詳解
質(zhì)量：大約 2260 磅（1025 公斤）尺度：長約 10 英尺（不包含機(jī)械臂），寬 9 英尺，高 7 英尺（長 3 米，寬 2.7 米，高 2.2 米），機(jī)械臂長約 7 英尺（2.1 米）載荷：130 磅（59 公斤），包含 7 臺(tái)儀器：Mastcam-Z、火星環(huán)境動(dòng)力學(xué)剖析儀（MEDA）、火星氧氣原位試驗(yàn)資源運(yùn)用率（MOXIE）、行星 X 射線儀（PIXL）、火星地下試驗(yàn)雷達(dá)成像儀（RIMFAX）、掃描可居住環(huán)境的曼光譜儀（SHERLOC）和超級(jí)相機(jī)樣本搜集體系：用于樣本搜集和外表剖析的鉆頭，1 個(gè) 1.6 英尺（0.5 米長）長的內(nèi)部樣本處理臂和 43 個(gè)樣本搜集管麥克風(fēng)：1 個(gè)攝像頭在超級(jí)攝像機(jī)上，1 個(gè)在月球車旁邊面，攝像用于大眾觀看，以及為隨后的火星進(jìn)入、下降和著陸供給剖析材料此外還有由美國能源部供給的多使命放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī)（MMRTG），運(yùn)用钚-238 的天然衰變產(chǎn)生約 110 瓦的安穩(wěn)電流。當(dāng)需求暫時(shí)逾越 MMRTG 的電力輸出水平常，兩種鋰離子可充電電池能夠滿意火星車的峰值需求。
“創(chuàng)始號(hào)”火星直升機(jī)詳解
質(zhì)量： 4.0 磅（1.8 公斤）高度：1.6 英尺（0.49 米）轉(zhuǎn)子體系：兩條反向旋轉(zhuǎn)的葉片，直徑 4 英尺（1.2 米），轉(zhuǎn)速大約在 2400 rpm機(jī)身尺度：0.446 英尺、0.64 英尺、0.535 英尺（13.6 厘米，19.5 厘米,16.3 厘米）；四條支撐架，每條支撐架約 1.26 英尺（0.384 米）長，使直升機(jī)在地上上有0.427 英尺（0.13 米）的凈空間隔。
相機(jī)體系詳解
“意志號(hào)”將帶著 25 臺(tái)相機(jī)前往火星，這是深空探究史上最大規(guī)劃的一次。
火星車上共 19 臺(tái)攝像頭：9 臺(tái)工程用（五顏六色）攝像機(jī)；3 個(gè)用來輔佐火星車的出場、下降、著陸（其間，1 個(gè)是是非攝像頭，用于地勢相對(duì)導(dǎo)航，2 個(gè)是五顏六色攝像頭，用于出場下降著陸，大眾視頻傳達(dá)，以及工程改造）；2 個(gè)全景攝像機(jī)（支撐五顏六色和擴(kuò)大）；1個(gè)超級(jí)相機(jī)（五顏六色）；2 個(gè)拉曼和熒光光譜儀；1 個(gè)行星 X 射線儀（是非，有一些五顏六色功用）；1 個(gè)火星環(huán)境動(dòng)力學(xué)剖析儀（是非）反面 3 個(gè)攝像頭：五顏六色，用于昂首捕捉下降傘畫面下降臺(tái)上有一個(gè)攝像頭：五顏六色，從上面俯視月球車2 臺(tái)獨(dú)創(chuàng)性相機(jī)：1 個(gè)五顏六色斜視地勢圖畫和 1 個(gè)是非導(dǎo)航
其它數(shù)據(jù)
登陸火星時(shí)刻： 暫定于 2021 年 2 月 18 日，美國東部時(shí)刻下午 3：30（太平洋規(guī)范時(shí)刻下午 12:30）著陸地址：Jezero 隕石坑,大約緯度 18 度，經(jīng)度 77 度光（無線電）從火星到地球的單向時(shí)長：2021 年 2 月 18 日時(shí)大約為 10.5 分鐘使命持續(xù)時(shí)刻：至少 1 火星年（約地球上的 687 天）能夠搜集的樣本數(shù)量：至少 30 個(gè)“創(chuàng)始號(hào)”飛翔測驗(yàn)時(shí)刻：30 火星天（約地球上的 31 天）火星尺度：大約是地球的一半，可是月球的兩倍。火星質(zhì)量：約地球質(zhì)量的 10%火星重力：約地球重力的 38%火星軌跡：橢圓軌跡，比地球離太陽遠(yuǎn) 1.5倍 （從太陽到火星均勻約 1.415 億英里或 2.277 億公里）1個(gè)火星年：地球上的 687 天1個(gè)火星日：24 小時(shí) 39 分鐘火星大氣：大約地球外表大氣密度的 1%火星溫度：外表均勻溫度為零下 64 華氏度（零下 53 攝氏度），從極地夜間的零下 199 華氏度（零下 128 攝氏度）到赤道正午間隔太陽最近的 80 華氏度(27 攝氏度)
資金投入數(shù)據(jù)
美國宇航局現(xiàn)已出資了大約 24 億美元來制作和發(fā)射火星 2020 意志號(hào)使命。在履行首要使命期間，著陸和作業(yè)“意志號(hào)”火星車的費(fèi)用大約是 3 億美元。
美國國家航空航天局現(xiàn)已出資了大約 8000 萬美元來制作火星直升機(jī)，并出資了大約 500 萬美元來運(yùn)營這架直升機(jī)。
三、使命詳解
火星 2020 使命的要害階段是發(fā)射、巡航、抵達(dá)（也稱為進(jìn)入、下降和著陸），以及火星外表操作。
在為期至少一個(gè)火星年（約 687 個(gè)地球日）的首要使命期間，“意志”號(hào)對(duì)耶澤洛隕石坑的勘探將處理火星勘探的高度優(yōu)先科學(xué)方針，包含有關(guān)火星上生命潛力的要害問題。
火星車的天體生物學(xué)使命將搜索古代微生物生命的痕跡，描繪地球的氣候和地質(zhì)特征，并為將來回來地球搜集樣本。意志號(hào)還將搜集有關(guān)應(yīng)對(duì)未來人類火星探險(xiǎn)應(yīng)戰(zhàn)的技能知識(shí)，并證明其可行性。
作為一項(xiàng)技能演示，一架別出心裁的火星直升機(jī)也將貼著意志號(hào)火星車的腹部，沿著火星飛翔。
為什么要在這個(gè)發(fā)射期？
火星離地球十分悠遠(yuǎn)，是月球與地球間隔的數(shù)百倍，現(xiàn)在最先進(jìn)的勘探器從地球飛到火星，大約需求七八個(gè)月。而又因?yàn)榈厍蚝突鹦嵌荚诃h(huán)繞太陽作業(yè)，兩者的相對(duì)方位不斷改變，所以當(dāng)它們間隔最近時(shí)，即太陽、地球和火星同處一條直線上，此刻發(fā)射勘探器愈加“經(jīng)濟(jì)”。
地球與火星的這個(gè)會(huì)集周期是 26 個(gè)月，所以每 26 個(gè)月會(huì)呈現(xiàn)一次“名貴”的火星勘探發(fā)射窗口期。
2020 年有短短幾周時(shí)刻，太陽、地球和火星成一條直線，地球與火星之間的間隔最短，不到 5400 萬公里，是火星勘探器發(fā)射的最佳機(jī)會(huì)，假如錯(cuò)失這種狀況直到 2022 年才會(huì)再次呈現(xiàn)。
在或許的日期范圍內(nèi)挑選發(fā)射周期的一個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)，是在著陸過程中優(yōu)先考慮通訊，這種時(shí)刻組織的意圖是使軌跡飛翔器能夠接納到來自航天器的無線電信號(hào)，在其下降大氣層和著陸過程中，這樣工程師們就能夠知道每個(gè)階段產(chǎn)生了什么。
發(fā)射
美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）Atlas V 541 兩級(jí)運(yùn)載火箭將從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍站的41號(hào)發(fā)射場發(fā)射火星 2020 號(hào)飛船。運(yùn)載火箭代號(hào)中的數(shù)字“541”標(biāo)明一個(gè) 5 米（17 英尺）的短有效載荷整流罩、4 個(gè)固體火箭助推器和 1 個(gè)單引擎的半人馬座上層。飛船高 197 英尺（60 米）。
這將是“阿特拉斯”號(hào)火箭第 11 次發(fā)射火星，也是繼 2005 年美國宇航局火星勘察軌跡器、2011 年“獵奇”號(hào)火星勘探器、2013 年“馬文”號(hào)軌跡飛翔器和 2018 年“洞悉”號(hào)著陸器之后，阿特拉斯五號(hào)的第五次發(fā)射。
在發(fā)射后大約 50 至 60 分鐘（取決于實(shí)踐發(fā)射時(shí)刻），火星 2020 號(hào)飛船將與運(yùn)載火箭別離，單獨(dú)完結(jié)剩下的火星之旅。
運(yùn)載火箭的要害活動(dòng)，工作時(shí)刻取決于發(fā)動(dòng)日期和時(shí)刻
飛船將在發(fā)射后 70 到 90 分鐘之間開端與地上通訊（相同取決于發(fā)射時(shí)刻）。通訊時(shí)刻的改變是因?yàn)槊看伟l(fā)射時(shí)航天器在地球暗影中的時(shí)刻。地球的暗影阻擋了光線抵達(dá)航天器的太陽能電池板，太陽能電池板為通訊無線電供給電力。使命操控員不想在飛船處于暗影中時(shí)翻開收音機(jī)，因?yàn)檫@會(huì)在它們無法充電時(shí)耗盡電池。
行星際巡航
從地球到火星的飛翔間隔約為 3.09 億英里（4.97 億公里），約需 213 天，這便是使命的巡航階段。
巡航階段從航天器與運(yùn)載火箭別離時(shí)開端。在巡航期間，“意志”號(hào)火星車及其下降渠道被維護(hù)在一個(gè)被稱為“空氣外殼”的太空艙內(nèi)；該外殼連接在一個(gè)圓盤狀的太陽能巡航渠道上。
在巡航期間，工程師們履行一系列旨在查看航天器子體系和儀器的活動(dòng)。在這一階段，他們還進(jìn)行了前三次“彈道批改機(jī)動(dòng)”?；鹦秋w船抵達(dá)意圖地的方位，是為飛船規(guī)劃一個(gè)特定的飛翔道路。
因?yàn)榛鸺哪承┎糠譀]有像航天器那樣完全清潔，火箭開端被指向一條不指向火星的軌跡，以避免意外地將不需求的地球物質(zhì)運(yùn)送到這顆赤色星球上。
火星著陸前的終究 45 天是進(jìn)近階段，首要會(huì)集在導(dǎo)航活動(dòng)上。在這一階段方案進(jìn)行兩次彈道批改機(jī)動(dòng)，以便對(duì)進(jìn)入方針進(jìn)行終究的調(diào)整（假如需求）。
進(jìn)入、下降和著陸
進(jìn)入、下降和著陸（EDL）階段開端于航天器抵達(dá)火星大氣層頂部時(shí)，速度約為 12100 英里/小時(shí)（19500 公里/小時(shí)）。大約 7 分鐘后，EDL 完畢，火星車停在火星外表。
大氣進(jìn)入
飛船進(jìn)入大氣層前 10 分鐘，脫離巡航階段。該航天器將運(yùn)用一種稱為“引導(dǎo)進(jìn)入”的技能操作其下降到火星大氣層中，以縮小方針橢圓形狀的火星著陸區(qū)域的巨細(xì)，一起補(bǔ)償火星大氣密度的改變。在制導(dǎo)進(jìn)入過程中，坐落彈殼反面的小型推動(dòng)器將調(diào)整升力的視點(diǎn)和方向，使航天器能夠操控其飛翔間隔。
峰值加熱產(chǎn)生在大氣進(jìn)入后約75秒，此刻隔熱罩外外表的溫度將抵達(dá)約 2370 華氏度（約 1300 攝氏度）。
意志號(hào)正朝著美國宇航局迄今為止最大的火星登陸應(yīng)戰(zhàn)前行。耶澤洛隕石坑是一個(gè) 28 英里寬（45 公里寬）的碰擊盆地，有一個(gè)風(fēng)趣的陳舊的三角洲，還有峻峭的山崖邊、沙丘、巨礫場和較小的碰擊坑。為了保證安全著陸的最大概率，使命增加了新的 EDL 技能，即間隔觸發(fā)和地勢相關(guān)導(dǎo)航。
著陸階段
火星車應(yīng)該在火星下午著陸——大約是當(dāng)?shù)鼐鶆蛱枙r(shí)下午 3：45（詳細(xì)時(shí)刻取決于實(shí)踐發(fā)射日）。不久之后，火星車的核算機(jī)從進(jìn)入、下降和著陸形式切換到地上形式。這發(fā)動(dòng)了在赤色行星外表的榜首個(gè)火星日自主活動(dòng)。
火星的一天，是 24 小時(shí) 39 分 35.244 秒。（意志號(hào)團(tuán)隊(duì)成員傾向于在火星白日作業(yè)，而不是地球日，因?yàn)榛鹦擒噷⒃诨鹦前兹兆鳂I(yè)，而在火星之夜“睡覺”）意志號(hào)火星車的方案運(yùn)用壽命為火星外表一年。
初檢
“意志”號(hào)的團(tuán)隊(duì)將在前 90 個(gè) sol（火星日）上對(duì)勘探器的悉數(shù)部件和科學(xué)儀器進(jìn)行測驗(yàn)。這段“查看”期保證了包含團(tuán)隊(duì)在內(nèi)的悉數(shù)準(zhǔn)備就緒，能夠進(jìn)行地上作業(yè)。關(guān)于這 90 個(gè) sol，操作團(tuán)隊(duì)將致力于火星時(shí)刻，這意味著他們將把時(shí)鐘設(shè)置為火星日（比地球日長約 40 分鐘）。這使他們能夠快速呼應(yīng)周游者在其作業(yè)日中遇到的任何問題，并保證修訂后的闡明已準(zhǔn)備好用于下一個(gè) sol。
在火星時(shí)刻上作業(yè)也意味著團(tuán)隊(duì)成員每天將開端時(shí)刻推延 40 分鐘。終究，團(tuán)隊(duì)成員將在深夜醒來開端輪班。
在調(diào)試的前 16 個(gè) sol 中，意志號(hào)將：
打開桅桿和高增益天線；
開端對(duì)著陸點(diǎn)進(jìn)行成像；
晉級(jí)月球車飛翔軟件；
對(duì)悉數(shù)儀器進(jìn)行健康查看；
扮演“健美操”，松開手臂，測驗(yàn)它的動(dòng)作；
進(jìn)行短間隔駕馭測驗(yàn)；
把肚盤放在周游車下面，這樣能夠在著陸時(shí)維護(hù)直升機(jī)；
整個(gè)調(diào)試階段在著陸后大約30個(gè)sol完畢，這取決于活動(dòng)進(jìn)行得怎么。
直升機(jī)飛翔試驗(yàn)
在這段時(shí)刻內(nèi)，意志號(hào)需求找到一塊平整的區(qū)域，來作為“才智”號(hào)火星直升機(jī)的停機(jī)坪?；鹦擒噷⒃谶@一區(qū)域的中心布置獨(dú)創(chuàng)性，并駕馭一段安全間隔。作為技能演示的一部分，直升機(jī)團(tuán)隊(duì)將有多達(dá) 30 架sol 在火星上進(jìn)行一系列飛翔試驗(yàn)。
地上作戰(zhàn)
在這些試驗(yàn)直升機(jī)飛翔完畢后，意志號(hào)將開端其外表操作階段，到時(shí)該小組將履行其大志壯志的科學(xué)使命：尋覓古代微生物生命的痕跡，描繪火星的氣候和地質(zhì)特征，并搜集精心挑選和記載在案的樣本，以備將來重返地球。關(guān)于意志的科學(xué)方針的更多信息，請(qǐng)參閱本新聞包的科學(xué)部分。
在為期一年的火星使命期間，火星車的活動(dòng)將受到約束，例如 2021 年 9 月，太陽在火星和地球之間呈現(xiàn)，攪擾了兩個(gè)行星之間的傳輸，這將導(dǎo)致火星車的活動(dòng)受到約束。為了在現(xiàn)有的時(shí)刻內(nèi)最大極限地進(jìn)行科學(xué)研討，使命小組提早方案了行動(dòng)方案，并在科學(xué)家研討數(shù)據(jù)時(shí)增加了應(yīng)對(duì)新發(fā)現(xiàn)的靈活性。
四、關(guān)于意志號(hào)火星車
“意志號(hào)”勘探車是在美國宇航局在南加州的噴氣推動(dòng)試驗(yàn)室制作的，里邊裝載了先進(jìn)的科學(xué)儀器、用于著陸的超強(qiáng)核算才干和其他新研制的體系。到現(xiàn)在，“意志”號(hào)是美國宇航局制作的最大、最重的火星勘探器。
“意志號(hào)”之意志精力事實(shí)上，意志號(hào)相關(guān)的概念研討和前期技能作業(yè)早在 10 年前就開端了。
登陸另一顆行星、尋覓古代生命的痕跡、搜集樣本，每一項(xiàng)使命都將十分困難。這些應(yīng)戰(zhàn)正是美國宇航局在“為火星車命名”比賽中從 28000 個(gè)候選姓名中挑選“意志”這個(gè)姓名的原因。特別是在冠狀病毒大流行期間，發(fā)動(dòng)前的幾個(gè)月需求創(chuàng)造性地處理團(tuán)隊(duì)協(xié)作問題。
正如弗吉尼亞州伯克布拉多克湖中學(xué)（Lake Braddock Secondary School）的亞歷克斯馬瑟（Alex Mather）在獲獎(jiǎng)文章中所寫的那樣，“咱們是一種探究者，在通往火星的路上，咱們將遭受許多波折。但是，咱們能夠堅(jiān)持下去。咱們，不是作為一個(gè)國家，而是作為人類，不會(huì)拋棄。”
2. 樹立在前浪們的閱歷之上
美國宇航局在火星上的榜首個(gè)勘探車叫索杰納，只要一個(gè)微波爐巨細(xì)。1997 年索杰納號(hào)火星車進(jìn)行了人類前史上榜初次在火星外表和地球體系以外的巡視勘探。
之后的火星勘探車，勇氣號(hào)和機(jī)會(huì)號(hào)，都是高爾夫球車的巨細(xì)，在 2004 年著陸后，他們發(fā)現(xiàn)了火星在變成冰凍沙漠之前曾有水存在的依據(jù)。
和轎車差不多巨細(xì)的獵奇號(hào)勘探器于 2012 年登錄火星。獵奇號(hào)發(fā)現(xiàn)，它的著陸點(diǎn)蓋爾隕石坑（Gale Crater）在數(shù)十億年前曾是一個(gè)湖泊，那里的環(huán)境或許曾支撐過微生物生命。
所以，意志號(hào)的方針便是邁出下一步，尋求答復(fù)天體生物學(xué)的一個(gè)要害問題：火星上是否有曩昔微生物生命的潛在痕跡，或生命特征?
3. 將在極有或許發(fā)現(xiàn)生命存在痕跡的當(dāng)?shù)刂?/span>
杰洛隕石坑是一個(gè) 28 英里寬（45 公里寬）的隕石坑，坐落 Isidis Planitia 的西部邊際，火星赤道以北，是一個(gè)巨大的碰擊盆地。而科學(xué)家估測，在悠遠(yuǎn)的曩昔，這個(gè)隕石坑或許是一個(gè)綠地。
在 30 億到 40 億年前，那里有一條河流流入一個(gè)像太浩湖那么大的水體，沉積著富含碳酸鹽礦藏和粘土的沉積物?！耙庵咎?hào)”科研小組以為，這個(gè)陳舊的河流三角洲或許積累并保存了有機(jī)分子和其他潛在的微生物生命痕跡。
4. 搜集關(guān)于火星地質(zhì)和氣候的重要數(shù)據(jù)
火星軌跡飛翔器一直在杰洛隕石坑上方約 200 英里（322 公里）處搜集圖畫和數(shù)據(jù)，但要想在火星外表找到古代生命的痕跡，還需求更近間隔的調(diào)查。
所以就需求流浪者般的意志，前往了解火星曩昔的氣候條件，解讀火星巖石中埋藏的地質(zhì)前史。這一使命將使科學(xué)家對(duì)火星在悠遠(yuǎn)的曩昔是什么姿態(tài)有更豐厚的了解，研討這顆赤色星球的地質(zhì)和氣候，也能讓咱們了解為什么地球和火星——它們由相同的原始物質(zhì)構(gòu)成——終究卻會(huì)如此不同。
5. 往復(fù)火星之旅的榜首步
對(duì)火星上遠(yuǎn)古生命的驗(yàn)證需求許多的依據(jù)。而“意志號(hào)”是榜首個(gè)將樣本貯存體系帶到火星的周游者，該體系將為未來的使命帶回有希望的樣本。
與“獵奇號(hào)”鉆頭所做的不同，“意志號(hào)”的鉆頭將切割出一塊粉筆巨細(xì)的完好巖心，并將它們放入樣管中。美國宇航局和歐洲航天局正在方案一項(xiàng)火星樣本回來使命，在地球上檢測這些樣本將會(huì)供給更多關(guān)于它們的信息。
6. 為未來人類的月球和火星使命指明前路
在火星 2020“意志號(hào)”使命中，將有利于人類探究的未來技能，包含火星車的地勢相對(duì)導(dǎo)航體系。作為著陸體系的一部分，地勢相對(duì)導(dǎo)航是意志能夠探究像杰洛隕石坑這樣風(fēng)趣的當(dāng)?shù)氐氖滓颉?/span>
它將使周游者能夠快速自主地了解其在火星外表的方位，并在下降過程中調(diào)整其軌跡。這項(xiàng)技能將能夠?yàn)闄C(jī)器人和宇航員登陸月球的使命供給名貴的協(xié)助，而且是未來機(jī)器人和宇航員探究火星的必要條件。
工程師們還為意志號(hào)開發(fā)了比其他任何火星車更強(qiáng)壯的主動(dòng)駕馭智能，使它在一天的作業(yè)中能夠掩蓋更多的地上，而無需等候地球上的工程師發(fā)送指令。這種才干（得益于晉級(jí)的傳感器、核算機(jī)和算法）將使其他航天器更有效地探究月球、火星和其他天體。
7. 每一個(gè)人的火星之旅
火星 2020“意志號(hào)”使命帶著的相機(jī)數(shù)量逾越了前史上任何一次星際使命?！耙庵咎?hào)”上有 19 個(gè)攝像頭，能夠拍照到令人驚嘆的細(xì)節(jié)。與之前的火星使命相同，火星 2020“意志號(hào)”使命方案在其網(wǎng)站上供給原始和處理過的圖畫。
本著大眾參加的精力，“意志號(hào)”火星車還帶著了一個(gè)電化鍍板，上面用莫爾斯電碼寫著“Explore as one”，還有三個(gè)硅芯片，上面有大約 1090 萬人的姓名，他們報(bào)名參加了意志號(hào)的火星之旅。
五、關(guān)于“創(chuàng)始號(hào)”直升機(jī)
萊特兄弟發(fā)明晰榜首個(gè)在咱們的國際上完結(jié)動(dòng)力和操控飛翔的飛翔器，而“創(chuàng)始號(hào)”直升機(jī)研制團(tuán)隊(duì)希望他們的直升機(jī)將作為榜首個(gè)在另一個(gè)國際飛翔的飛翔器。這款火星直升機(jī)只要 4 磅（1.8 公斤）重，但它單薄的身體卻承載著勃勃大志。
1. 獨(dú)立的試驗(yàn)性飛翔測驗(yàn)
“創(chuàng)始號(hào)”是所謂的技能演示，一個(gè)企圖在有限范圍內(nèi)初次測驗(yàn)一種新才干的項(xiàng)目。
“創(chuàng)始號(hào)”特征首要表現(xiàn)在，四個(gè)特制的碳纖維螺旋槳擺放成兩個(gè) 4 英尺（1.2 米長）反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速大約 2400 轉(zhuǎn)——大約是規(guī)范的地球直升機(jī)轉(zhuǎn)速的8倍。
此外，在太陽能電池、航空電子、傳感器、通訊和算法方面具有多項(xiàng)立異。但一起，它的許多其他部件都是商用的，比方來自智能手機(jī)范疇的現(xiàn)成部件，包含兩個(gè)攝像頭、一個(gè)慣性丈量單元（丈量移動(dòng)）、一個(gè)高度計(jì)（丈量高度）、一個(gè)歪斜儀（丈量歪斜視點(diǎn)）和核算機(jī)處理器。
當(dāng)然，這架直升機(jī)不帶著科學(xué)儀器，是與火星 2020 意志號(hào)使命別離的飛翔試驗(yàn)。
2. 榜首架在另一個(gè)星球上飛翔的飛機(jī)
火星的溫度現(xiàn)已逾越了刺骨的冰冷，杰洛隕石坑的夜晚冷到零下 130 華氏度（零下 90 攝氏度）。這樣的溫度將會(huì)抵達(dá)現(xiàn)成零件的規(guī)劃極限。在地球上進(jìn)行的溫度測驗(yàn)標(biāo)明，它們應(yīng)該能依照規(guī)劃作業(yè)，但該團(tuán)隊(duì)期待在火星上進(jìn)行實(shí)在的測驗(yàn)。“創(chuàng)始號(hào)”抵達(dá)火星的榜首個(gè)方針便是榜初次在火星冰冷的夜晚持續(xù)正常作業(yè)。
火星的大氣淡薄，密度只要地球大氣的1%。因?yàn)榛鹦谴髿獾拿芏纫〉枚?，所以“?chuàng)始號(hào)”被規(guī)劃得很輕，它的旋翼葉片則要大得多，旋轉(zhuǎn)速度也比地球上的直升機(jī)要快得多。
不過，火星也給了直升機(jī)一點(diǎn)協(xié)助：火星的重力只要地球的三分之一。這意味著在給定的自旋速率下，能夠提高略微多一點(diǎn)的質(zhì)量。
此外，推遲則是在星際間與航天器通訊的固有應(yīng)戰(zhàn)，這意味著噴氣推動(dòng)試驗(yàn)室的飛翔操控器將無法經(jīng)過操作桿操控直升機(jī)。因而，“創(chuàng)始號(hào)”有必要自主飛翔。飛翔指令將提早發(fā)送，飛翔的工程數(shù)據(jù)將在飛翔完結(jié)后回來地球。
“創(chuàng)始號(hào)”將經(jīng)過火星車進(jìn)行通訊，然后火星車與軌跡飛翔器進(jìn)行通訊，軌跡飛翔器又與地球進(jìn)行通訊。
3. 高明的工程技能
人類閱歷了許多測驗(yàn)和過錯(cuò)才弄理解怎么在地球上駕馭飛機(jī)或直升機(jī)。經(jīng)過五年多的小心謹(jǐn)慎的盡力， “創(chuàng)始號(hào)”的工程師們總算能夠證明，制作出滿足輕的東西，且能夠在火星淡薄的大氣層中產(chǎn)生滿足的升力，是或許的。
2014 年，他們運(yùn)用噴氣推動(dòng)試驗(yàn)室的一個(gè)特別空間模仿室初次展現(xiàn)了一架直升機(jī)能夠在火星淡薄的大氣中起飛。2016 年，完結(jié)了以可控的辦法飛翔，并在 2018 年 1 月規(guī)劃了一架具有火星所需悉數(shù)功用的直升機(jī)測驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?019 年 1 月，該團(tuán)隊(duì)完結(jié)了直升機(jī)的試飛。
4.“創(chuàng)始號(hào)”的姓名
來自阿拉巴馬州諾斯波特的 Vaneeza Rupani 開端為火星 2020 號(hào)火星車命名“創(chuàng)始號(hào)”，但美國宇航局官員以為，考慮到團(tuán)隊(duì)在完結(jié)使命時(shí)所運(yùn)用的創(chuàng)造性思維，這個(gè)姓名很合適直升機(jī)。
“盡力戰(zhàn)勝星際游覽應(yīng)戰(zhàn)的人們的聰明才智，讓咱們悉數(shù)人都能體驗(yàn)到太空探究的奇觀。”Rupani 寫道，“創(chuàng)造力是讓人們完結(jié)令人驚嘆的工作的東西?！?/span>
魯帕尼還贊賞了火星車和直升機(jī)在太空探究范疇的共同盡力：“這不只是是決計(jì)的產(chǎn)品，它們是人類意志和創(chuàng)造力的結(jié)合。”
5.成功的榜首步
考慮到“創(chuàng)始號(hào)”需求完結(jié)的悉數(shù)創(chuàng)始式使命，該團(tuán)隊(duì)還有一長串方案需求實(shí)施，里程碑的時(shí)刻包含:
在卡納維拉爾角成功發(fā)射，巡航和著陸火星；從“意志號(hào)”火星車的引擎導(dǎo)流板安全下降到地上；在火星極冷的夜晚主動(dòng)保持溫度；用太陽能板主動(dòng)充電；
終究，假如“創(chuàng)始號(hào)”的榜初次飛翔成功，直升機(jī)團(tuán)隊(duì)將在火星 30 天（地球 31 天）的時(shí)刻內(nèi)再進(jìn)行 4 次試飛。
6. 未來的火星探究將向航空方向開展
“創(chuàng)始號(hào)”的意圖是展現(xiàn)在火星大氣中飛翔所需的技能。假如成功，這些技能或許會(huì)使其他先進(jìn)的機(jī)器人飛翔器成為或許，這些飛翔器或許會(huì)被包含在未來的機(jī)器人和人類火星使命中。
未來直升機(jī)在火星上的或許用處包含: 供給一種共同的視角，這是咱們現(xiàn)在高空的軌跡飛翔器或地上上的火星車和著陸器無法供給的; 為機(jī)器人或人類供給高清圖畫和偵查; 以及進(jìn)入火星車難以抵達(dá)的區(qū)域。
而且未來的直升機(jī)乃至能夠協(xié)助將輕型但至關(guān)重要的有效載荷從一個(gè)地址運(yùn)送到另一個(gè)地址。
六、意志號(hào)的專用核算機(jī)
意志號(hào)比 NASA 的前四輛火星車都具有更大自主性，其規(guī)劃被 NASA 噴氣推動(dòng)試驗(yàn)室的機(jī)器人體系工程師 Philip Twu 稱為“火星主動(dòng)駕馭轎車”。
與地球上的人相同，意志號(hào)運(yùn)用一系列將數(shù)據(jù)反應(yīng)給機(jī)器視覺算法的傳感器進(jìn)行導(dǎo)航。從 1997 年開端，即便陸地主動(dòng)駕馭轎車裝備了最好的核算機(jī)，其首要核算機(jī)的速度與高端個(gè)人電腦仍差不多。意志號(hào)的狹小大腦能夠處理悉數(shù)的主動(dòng)駕馭，是因?yàn)?NASA 安裝了第二臺(tái)核算機(jī)，其作用類似于機(jī)器人驅(qū)動(dòng)程序。
就像地球上的主動(dòng)駕馭轎車相同，意志號(hào)將運(yùn)用一系列傳感器將數(shù)據(jù)輸入機(jī)器視覺算法中進(jìn)行導(dǎo)航
在此前的火星周游車上，導(dǎo)航軟件有必要與悉數(shù)其他體系同享有限的核算資源。因而，為了從一個(gè)點(diǎn)抵達(dá)另一個(gè)點(diǎn)，需求先拍照一張相片了解周圍環(huán)境，稍作駕馭，再停下來幾分鐘找出下一步的道路。但因?yàn)橐庵咎?hào)能夠?qū)⒃S多視覺導(dǎo)航流程轉(zhuǎn)移到專用核算機(jī)上，因而無需采納這種“走走停停”的辦法進(jìn)行火星勘探。取而代之的是，它的主核算機(jī)能夠弄清楚怎么持之以恒地抵達(dá)方針方位，而機(jī)器視覺核算機(jī)能夠保證其在途中不會(huì)遇到任何困難。
七、意志號(hào)的機(jī)器視覺算法
自主行進(jìn)關(guān)于完結(jié)意志號(hào)的使命至關(guān)重要。地球與火星之間的間隔能夠使無線電信號(hào)以光速傳達(dá)長達(dá) 22 分鐘以進(jìn)行單程游覽。長期的推遲將使其無法實(shí)時(shí)操控周游車，且等候近一個(gè)小時(shí)的指令在火星與地球之間進(jìn)行往復(fù)游覽也很不實(shí)踐。
意志號(hào)有一個(gè)緊湊的時(shí)刻表，它需求從一架小型直升機(jī)上飛下來進(jìn)行飛翔測驗(yàn)，然后搜集數(shù)十個(gè)巖石樣本并在地上找到能夠寄存的當(dāng)?shù)?。假如意志?hào)需求在一年中完結(jié)悉數(shù)使命，它有必要能夠獨(dú)立進(jìn)行導(dǎo)航?jīng)Q議計(jì)劃。
地上主動(dòng)駕馭車輛一般運(yùn)用激光確認(rèn)物體方位以及與物體的間隔，但激光雷達(dá)體系體積巨大，耗能高且容易產(chǎn)生機(jī)械故障。因而，意志號(hào)將運(yùn)用立體視覺和視覺測距法確認(rèn)火星上的方位。立體視覺結(jié)合了來自“左攝像機(jī)”和“右攝像機(jī)”的兩幅圖畫，以創(chuàng)立周游車周圍的3D圖片，而視覺測距軟件及時(shí)剖析別離的圖畫，預(yù)估周游車已移動(dòng)了多遠(yuǎn)。
“咱們憂慮激光雷達(dá)在太空飛翔中的機(jī)械可靠性?！泵绹詈骄謬姎馔苿?dòng)試驗(yàn)室高檔研討科學(xué)家兼核算機(jī)視覺小組主管 Larry Matthies 說?！皫资昵埃?dāng)激光雷達(dá)還不老練時(shí)，咱們就開端在噴氣推動(dòng)試驗(yàn)室運(yùn)用立體視覺進(jìn)行 3D 感知，作用還不錯(cuò)?！?/span>
Matthies 已協(xié)助火星上的每輛周游車樹立視覺導(dǎo)航體系。除了 NASA 初次在火星上行進(jìn)的“旅居者”號(hào)（Sojourner）以外，其悉數(shù)移動(dòng)周游車都將立體視覺與視覺測距法結(jié)合運(yùn)用。但意志號(hào)異乎尋常的當(dāng)?shù)卦谟?，它有專用硬件和一套新穎的機(jī)器視覺算法。
八、技能應(yīng)戰(zhàn)與處理方案
意志號(hào)的新式數(shù)字眼鏡能更快地自主導(dǎo)航周圍環(huán)境，因而有更多時(shí)刻專心于首要科學(xué)方針。但意志號(hào)仍需求一整天時(shí)刻才干抵達(dá)樹懶在一小時(shí)內(nèi)能夠掩蓋的相同間隔。悉數(shù)火星周游車一天中的最長行進(jìn)間隔為 219 米，意志號(hào)每天能夠行進(jìn) 200 米左右，因而均勻而言，意志號(hào)已抵達(dá)或逾越此前的火星周游車行進(jìn)記載。
因?yàn)榛鹦菦]有磁場與稠密的大氣層，無法屏蔽來自太陽帶電粒子的腐蝕，這些粒子會(huì)對(duì)核算機(jī)上形成嚴(yán)重破壞。它們會(huì)導(dǎo)致晶體管在不該有的狀況下導(dǎo)通或關(guān)斷，而且假如累積滿足多的這些過錯(cuò)，將會(huì)導(dǎo)致核算機(jī)潰散，乃至丟掉名貴的數(shù)據(jù)形成整個(gè)使命失利。因而NASA工程師會(huì)盡悉數(shù)盡力避免事端產(chǎn)生。
現(xiàn)在有許多技能能夠使核算機(jī)不受輻射攪擾。例如，能夠增加其他難以導(dǎo)通和關(guān)斷的晶體管。賽靈思公司（Xilinx）的空間體系架構(gòu)師 Minal Sawant 為意志號(hào)規(guī)劃并制作了機(jī)器視覺芯片。依據(jù)賽靈思公司進(jìn)行的資歷測驗(yàn)，該芯片每年不產(chǎn)生逾越兩次的翻轉(zhuǎn)過錯(cuò)，即離子導(dǎo)致存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的信息量從一變?yōu)榱恪?/span>
但維護(hù)處理器免受輻射會(huì)危害其功能。這與處理器的規(guī)劃有關(guān)，也與測驗(yàn)組件的抗輻射才干花費(fèi)很長期相關(guān)。
NASA 2020 火星使命團(tuán)隊(duì)
Matthies 說：“即便硬件是完美的，算法也總是會(huì)犯過錯(cuò)。在核算機(jī)視覺中，存在離群值導(dǎo)致算法犯錯(cuò)。因而，咱們有必要壓倒這種或許性?！彪x群值或許包含周游車看不到物體或?qū)⑵湔`以為其他物體的狀況。處理此問題的一種辦法是從其他傳感器獲取周游車的導(dǎo)航體系數(shù)據(jù)，讓它不只是依托視野來繞行。例如，陀螺儀和加速度計(jì)就能夠協(xié)助周游車了解火星外表的斜度和粗糙度。
Twu 說：“體系越雜亂，能夠做出的決議計(jì)劃類型就越多。這需求保證現(xiàn)已涵蓋了周游車或許遇到的悉數(shù)或許狀況，經(jīng)過進(jìn)行屢次實(shí)踐著手測驗(yàn)?zāi)馨l(fā)現(xiàn)算法中的不足之處?！?/span>
在巨大沙箱中擺放巨石的辦法有許多種。意志號(hào)導(dǎo)航算法的大多數(shù)測驗(yàn)都在虛擬仿真中進(jìn)行。經(jīng)過在軟件上投進(jìn)悉數(shù)或許場景，了解其在不同狀況下的功能。盡管場景周圍大多仍是混合（虛擬）巖石，但能夠建模的景象類型和場景并沒有實(shí)在約束。Twu 稱，對(duì)視覺算法進(jìn)行全面測驗(yàn)，加上周游車引進(jìn)的悉數(shù)傳感器數(shù)據(jù)，將使意志號(hào)比其他任何火星周游車更自若地在困難地勢上導(dǎo)航。
即便是最完美的模仿，與實(shí)在物體比較也顯得較為蒼白。下一年2月，意志號(hào)下降在火星上時(shí)，將承受更嚴(yán)厲的測驗(yàn)。
假如悉數(shù)順利，它所描繪的途徑將引導(dǎo)咱們找到地球以外生命存在的依據(jù)。
北京時(shí)刻 7 月 30 日下午 7 點(diǎn)半，作為繼天問一號(hào)火星勘探使命發(fā)射之后的 2020 火星年重磅大戲，咱們拭目而待。
直播地址：https://www.youtube.com/nasa
意志號(hào)，奧利給！
材料來歷：
https://mars.nasa.gov/mars2020/timeline/launch/https://mars.nasa.gov/mars2020/timeline/launch/watch-online/https://www.jpl.nasa.gov/news/press_kits/mars_2020/launch/quick_facts/https://www.jpl.nasa.gov/news/press_kits/mars_2020/launch/https://www.wired.com/story/how-nasa-built-a-self-driving-car-for-its-next-mars-mission/https://www.nature.com/articles/d41586-020-02185-9https://www.theverge.com/2020/7/28/21307109/nasa-mars-rover-perseverance-launch-date-alien-life
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/aerospace/robotic-exploration/ai-seeks-et-machine-learning-life-solar-system
本文來歷：學(xué)術(shù)頭條，作者：學(xué)術(shù)頭條，修改：曹綺桐、劉藝馨、周子?jì)?/span>
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