毅力號火星車跑路了!被拋棄的它將如何面對嚴峻的考驗?科學家為它揪心

萬小刀 2021/04/06 檢舉 我要評論
 
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毅力號火星車跑路了,留下了一架小直升機。這是美國宇航局(NASA)耗資8500萬美元的小機靈直升機,從毅力號火星車腹部釋放到火星地面,準備開始它的火星之旅。毅力號已向前移動,小機靈已完全暴露于火星的陽光之下,開始為人類第一個飛行器第一次翱翔外星的天空做準備。

首先小機靈要面對的第一個問題就是——如何活過火星第一個酷寒的夜晚。

火星夜晚的溫度可以降到零下90度,比地球上最寒冷的南極測得的最低溫度(89.2℃)還要低,雖然小機靈是機器人,但也需要保持體溫,否則就會無法啟動。

在毅力號腹部的時候,小機靈靠毅力號的電力系統保持溫度,現在它一切只能靠自己。

小機靈的體重是1.8公斤,但電池就占了約六分之一,達273克。這是6個索尼鋰電池,容量為35–40 Wh,三分之一可用於飛行,三分之二得拿來給主要部件,包括電池自己和敏感電子設備保溫,通過一個加熱器使其內部在火星晚上保持7攝氏度的溫度,這絕對是一個巨大的挑戰。

NASA的工程師們正在為它祈禱,希望在火星的明天早上,還能和小機靈聊聊天,談談人生和火星天氣,這樣的話測試準備工作就有望繼續進行,並在11日進行第一次測試飛行。

小機靈的大腦是一塊高通驍龍801晶片,使用了Linux作業系統,攜帶了陀螺儀、視覺里程表、傾斜感測器、鐳射高度計和危險檢測器等感測器和裝置。

由於火星磁場不一致,無法用指南針導航,因而小機靈使用了集成在慣性導航系統中的太陽跟蹤相機,運用相機跟蹤特徵獲得的速度估算值來控制視覺導航演算法,通過高通處理器連接到兩個飛行控制微控制器單元上,最終實現自主飛行的目的。

小機靈使用了直徑1.2米的反向旋轉同軸旋翼,四個轉子葉片可以每分鐘2537轉的速度高速旋轉,葉片末端的線速度可以達到驚人的0.7馬赫。因為火星的空氣太稀薄了,非得轉這麼快才能產生足夠的升力讓自己飛起來。這相當於在地球上要把直升機開到30000米的高空,目前還從未有旋翼飛行器到達這一高度,而且很可能永遠也無法達到。

小機靈可以提供火星地表的俯視圖像,解析度可比火星軌道上的相機高10倍,並且可以提供毅力號相機無法拍到的圖像,充當毅力號的偵察機,幫助毅力號進入複雜困難的地形。

小機靈使用低功耗的ZigBee無線電鏈路通信協議,以及安裝在自身及毅力號上的900MHzSiFlex02晶片組來進行通信,最遠可在1000米距離上以250Kb/s的速度傳輸資料。

小機靈的設計其實只是為了演示在火星上的飛行,看看人類飛行器究竟能不能在火星上飛起來,所以其設計壽命僅為30天,每次飛行高度3至5米,飛行距離300米,時間3分鐘,總共飛行五次就算大功告成。飛行的最大水準速度為10米/秒,垂直速度為3米/秒。

所有這一切的關鍵,就是那六塊索尼鋰電池,如何讓它們充電,如何讓它們保溫,如何分配電量的使用,成了NASA工程師們最傷腦筋的事情。所以NASA的工程師們事無巨細都考慮到了,比如飛行時間最好在火星當地時間11點進行,這是因為理論上一天可以將電池充滿,早上飛可以保證小機靈滿血進入火星夜晚,避免電量耗盡導致體溫不保。

之前在地球上,NASA已經模擬火星大氣和引力對小機靈進行了測試,一切都還不錯,所以我們可以期待明天一早起來,小機靈依然健在,並順利地投入飛行準備中。

 

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