火星無人機(jī)全部代碼公開！毅力號帶著手機(jī)芯片和 Linux 系統(tǒng)上太空
技術(shù)編輯：芒果果丨發(fā)自 思否編輯部
歷經(jīng) 203 天，穿越了 4.72 億公里之后，美國“毅力號”火星車終于在美東時(shí)間下午 3:55 成功登陸火星。
結(jié)束近 7 個(gè)月的旅程后，“毅力號”傳回了通過避險(xiǎn)攝像機(jī)拍攝的第一張火星表面景象。這次，“毅力號”的主要任務(wù)是——尋找古代生命的跡象，并收集火星巖石和土壤樣本帶回地球研究。
值得一提的是，配合“毅力號”完成探測任務(wù)的“機(jī)智號”無人機(jī)搭載的是驍龍 801 處理器。沒錯(cuò)，就是那個(gè)用在手機(jī)上的驍龍 801。當(dāng)年，小米 4 用的就是這款芯片。
此外，這也是人類第一次在火星上運(yùn)行 Linux 系統(tǒng)?！耙懔μ枴鄙系臒o人機(jī)“機(jī)智號”實(shí)際上是通過 Linux 操作系統(tǒng)控制的。不止如此，NASA 還把這個(gè)專門為火星無人機(jī)開發(fā)的 Linux 飛行控制系統(tǒng)開源了！
這就是毅力號在火星表面拍攝的第一張圖像：
“恐怖 7 分鐘”艱難著陸
2020 年 7 月 30 日，耗資 24 億美元的毅力號從美國佛羅里達(dá)州的卡納維拉爾角太空部隊(duì)站發(fā)射升空，帶著收集火星樣本的任務(wù)邁出了火星探索的第一步。
美國宇航局科學(xué)副主任托馬斯說，“毅力號是從火星帶回巖石的第一步，我們不知道這些來自火星的原始樣本會告訴我們什么，但無疑是非常重要的，甚至可能包括曾經(jīng)存在于地球之外的生命?！?/span>
毅力號進(jìn)入下降階段時(shí)，以大約 20000 km/h 的速度飛行，盡管火星的氣氛很稀薄，但它仍將給毅力號帶來極大的阻力。進(jìn)入火星大氣層大約 80 秒鐘之內(nèi)，航空器外殼外部的溫度將達(dá)到 1300 攝氏度。
約四分鐘后，毅力號的“降落傘”展開，保護(hù)性航空器外殼脫落。當(dāng)毅力號下降到火星表面上方約 4 公里時(shí)，它將激活其地形導(dǎo)航系統(tǒng)。
410 秒后（將近 7 分鐘），毅力號終于在火星成功著陸。與 2018 年 8 月的“好奇號”火星車非常相似，它也在著陸時(shí)經(jīng)歷了類似的“恐怖 7 分鐘”。
火星表面首次有直升機(jī)起飛
毅力號首次將直升機(jī)帶上了火星，機(jī)智號火星無人機(jī)將在火星表面飛起幾英尺的高度，并在毅力號火星車的周圍盤旋，收集圖像信息。這將是直升機(jī)在火星極薄的大氣層中首次實(shí)現(xiàn)動(dòng)力飛行。
機(jī)智號無人機(jī)僅重 1.8 公斤，通過頂部安裝的 4 個(gè)碳纖維螺旋槳提供動(dòng)力，每分鐘轉(zhuǎn)速為 2400 轉(zhuǎn)，功率為 350 瓦。為了配合毅力號的探測任務(wù)，它要面對許多挑戰(zhàn)。
要知道，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)在火星上飛行是有很大難度的。一方面火星的稀薄大氣使得難以獲得足夠的升力。另一方面由于火星大氣層的密度比地球密度低 99％，直升機(jī)的旋轉(zhuǎn)葉片也要做的更大，并且轉(zhuǎn)速要非常快才能起飛。
機(jī)智號采用驍龍 801 處理器，帶著 Linux 系統(tǒng)上火星
由于太空探索對硬件設(shè)備的穩(wěn)定性要求極高，很多設(shè)備都采用了已經(jīng)在地面運(yùn)行了多年的處理器，機(jī)智號也是如此。但值得注意的是，機(jī)智號這次沒有采用商業(yè)級別的處理器，而是用于手機(jī)的民用處理器。這是因?yàn)?，機(jī)智號被 NASA 視為一項(xiàng)“技術(shù)演示”，因此愿意接受更多風(fēng)險(xiǎn)，于是采用了民用的驍龍 801 處理器。
此外，由于毅力號的任務(wù)對信息的收集和處理要求極高，需要捕捉圖像、分析特征，并以 30 赫茲的頻率從一幀到另一幀跟蹤它們。以往已經(jīng)使用多年的商業(yè)級處理器已無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。而驍龍 801 的本質(zhì)是一款手機(jī)處理器，而且它的主板非常小。它的功能遠(yuǎn)比其他火星車上的處理器多得多，擁有更強(qiáng)大的計(jì)算力。
除了手機(jī)處理器，機(jī)智號還帶來了一個(gè)驚喜，將 Linux 帶上了火星。
這是人類第一次在火星上使用 Linux 飛行控制系統(tǒng)，據(jù) NASA 介紹，機(jī)智號使用的軟件框架是JPL 為立方體衛(wèi)星和儀器開發(fā)的，并在幾年前就開源了。也就是說，任何人都能使用這個(gè)在火星直升機(jī)上的軟件框架，并將它用在你自己的項(xiàng)目上。
將開源進(jìn)行到底，火星無人機(jī)代碼已全部公開
F Prime 是火星無人機(jī)“機(jī)智號”的飛行軟件框架，目前已在 GitHub 上全部公開！
F Prime 是為機(jī)智號量身定制的一個(gè)組件驅(qū)動(dòng)的框架，可以快速開發(fā)和部署太空飛行及其他嵌入式軟件應(yīng)用程序。
那么，有了這些公開的代碼，我們是不是也能下載機(jī)智號同款代碼搞個(gè)火星無人機(jī)出來了呢？
NASA 開源的 F Prime 提供了一個(gè)完整的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，包括建模工具、測試工具和地面數(shù)據(jù)系統(tǒng)。開發(fā)人員使用建模工具編寫高級規(guī)范，自動(dòng)使用 C ++ 生成實(shí)現(xiàn)，并使用特定領(lǐng)域的代碼填充實(shí)現(xiàn)?？蚣芎痛a生成器提供 F Prime 部署所需的所有樣板代碼，包括用于線程管理的代碼，用于組件之間通信的代碼以及用于處理命令，遙測和參數(shù)的代碼。測試工具和地面數(shù)據(jù)系統(tǒng)簡化了在工作站和實(shí)驗(yàn)室中的飛行硬件上的軟件測試。
此外，F(xiàn) Prime 還實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)關(guān)鍵功能：
1.可重用性：基于組件的體系結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)高度的模塊化和軟件重用。
2.可移植性：F Prime 在從微控制器到多核計(jì)算機(jī)的多種處理器以及多種操作系統(tǒng)上運(yùn)行，將其移植到新的操作系統(tǒng)非常簡單。
3.高性能：采用點(diǎn)對點(diǎn)架構(gòu)，最大程度地減少了計(jì)算資源的使用，非常適合較小的處理器。
4.量身定制，可滿足小型任務(wù)所需的復(fù)雜程度，不僅易于使用，還能同時(shí)仍支持多種任務(wù)。
5.可分析性：類型化的端口連接為編譯時(shí)的正確性提供了有力的保證。
快速安裝指南
前提條件：
cmake git Python 3.5+ with pip
太空冒險(xiǎn)邁上新臺階，“移民火星”不是夢
https://spectrum.ieee.org/automaton/aerospace/robotic-exploration/nasa-designed-perseverance-helicopter-rover-fly-autonomously-mars
https://www.futurezone.de/science/article216775269/Der-Mars-Hubschrauber-funktioniert-die-NASA-hats-bewiesen.html
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