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來源丨機器之心

編輯丨極市平臺

極市導讀

歷經近7個月、約5億公里的漫長旅行之后，NASA「毅力號」火星車終于抵達了它的目的地火星，并成為了繼2月10日阿聯(lián)酋希望號、中國天問一號之后，又一個抵達火星的探測器。?>>加入極市CV技術交流群，走在計算機視覺的最前沿

如今，「毅力號」火星車在被送上軌道的近 7 個月后，終于成功在火星著陸。

據資料顯示，「毅力號」是有史以來最大、最為復雜的火星探測系統(tǒng)，這臺次世代火星車造價高達 27 億美元，總重 1025 千克。它是自阿聯(lián)酋希望號、中國天問一號之后，人類在這個「火星季」發(fā)射的第三個探測器。但是，阿聯(lián)酋的希望號探測器只是一顆火星人造衛(wèi)星，而中國天問一號仍在火星軌道，而「毅力號」采取了直接降落火星的方式。

「毅力號」的著陸地點位于火星赤道以北的耶澤羅撞擊坑（Jezero crater），其中心座標為（18.41°N, 77.69°E）。在此處著陸的主要目的是識別和收集該地區(qū)的沉積巖和土壤樣本，并探索可能存在的火星生命跡象。

圖源：NASA 和 J.P.L。

成功著陸火星之后，「毅力號」先后發(fā)回了兩張火星表面的圖像。

「毅力號」著陸火星全過程

作為人類目前最重的火星探測器，「毅力號」火星車長 3 米、寬 2.7 米、高 2.2 米，重量達到 2,260 磅（約 1 噸）。因此，著陸火星并不容易，它沒有選擇首先進入軌道，而是借助一個直徑超 70 英尺的降落傘直接著陸。

「毅力號」火星車火星著陸概念圖。圖源：NASA

著陸火星的全過程主要分為以下幾個步驟：巡航階段分離、「毅力號」抵達火星附近、接觸火星大氣、經歷「黑色七分鐘」、打開降落傘、噴氣背包（jetpack）點火并釋放「毅力號」、噴氣背包飛到遠處自毀。

NASA 毅力號火星探測器（NASA’s Perseverance Mars Rover）官方推特全程演示了「毅力號」火星車著陸火星的過程：

首先完成巡航階段分離（ cruise stage separation），「毅力號」抵達火星附近。

抵達火星大氣層頂部，這時離著陸還有七分鐘。

進入火星大氣層，經過熱量峰值（peak heating）和減速（deceleration），機動瞄準著陸目標。

打開降落傘（parachute），再次減速。此時速度約為 1500 千米 / 小時、海拔高度約為 11 千米。

丟掉防熱罩（heat shield），此時離著陸還有兩分鐘。

鎖定雷達，打開攝像機，尋找安全的著陸點。

點燃噴氣背包的引擎，此時離著陸還有不到一分鐘。

最終，噴氣背包釋放「毅力號」火星車，并使其成功著陸，宣告此次火星著陸任務完美結束。

1% 的大氣也能飛的無人機

除了探測器「毅力號」，NASA 為它配備的無人機同樣備受關注。

這架無人機由 NASA 噴氣推進實驗室（JPL）著手設計，重量僅為 1.8 公斤，高 0.5 米，螺旋槳直徑 1.2 米，裝在探測器的腹部，主要用于拓展火星車的視野。

而這項任務的重要性和價值在于證明直升機有可能在火星上飛行，并收集有利于下一代火星旋翼飛機的數據。

如果成功這將是人造飛行器在地球以外的星球的首次飛行，或將開辟一條新的太陽系探索之路。

那么此次飛行最大的難點在于哪里？氣壓。

雖然火星表面的重力大約只有地球的 1/3 （38%），看起來有利于無人機飛行，但有一點非常致命：火星大氣的密度只有地球的 1%。由于幾乎沒有空氣流動，在火星上獲得起飛所需的升力是非常困難的。

因此這要求飛行器必須是超輕的，而且螺旋槳的轉速要非?？臁?/span>

據報道，這架無人機螺旋槳旋轉角速度可達 2400 轉每分鐘，水平移動的速度為 10 米每秒，爬升速度為 3 米每秒。相比之下，一架傳統(tǒng)直升機每分鐘的轉速僅為 450 到 500。

在導航傳感器上，無人機使用手機級 IMU、激光測高儀以及向下的 VGA 攝像機進行單眼特征跟蹤。導航時，無人機逐幀比較幾十個特征，以跟蹤相對位置找出方向和速度。這些都是通過位置估計來完成的，而不是記住特征或創(chuàng)建地圖。

從下方看此無人機，包含激光測高儀和導航攝像機。

最后，機器之心告訴讀者們一件有趣的事：這也是 NASA JPL 的工程師們第一次在火星上飛行基于 Linux 系統(tǒng)的無人機。該火星無人機的運行代碼也已在 Github 上開源。

參考鏈接：

https://www.nytimes.com/live/2021/02/18/science/nasa-mars-landing#what-will-the-rover-do-on-mars

https://spectrum.ieee.org/automaton/aerospace/robotic-exploration/nasa-designed-perseverance-helicopter-rover-fly-autonomously-mars

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