「火星無人機」：NASA這次發(fā)射的,，是最具野心的探測計劃,。 7 月 30 日,，在美國宇航局 NASA 成功發(fā)射的 MARS 2020 任務(wù)中，「宇宙神 5」型運載火箭將最新一代火星探測器毅力號 （Perseverance）送上軌道,。毅力號是有史以來最大,、最為復(fù)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,。如果一切順利的話,，在 7 個月后，它將開始采集火星巖石標本,，并將其封裝后埋在特定位置,，等待 NASA 取回地球。毅力號還要尋找古代外星生命的跡象,，并首次使用麥克風(fēng)捕獲火星的聲音,。除此以外，毅力號最讓人感興趣的實驗還有：在紅色星球上放飛人類第一架外星無人機——Ingenuity,。
按照計劃,，在經(jīng)過 5 億公里的路程之后，毅力號將于 2021 年 2 月 18 日在火星赤道以北的耶澤洛隕石坑（Jezero crater）上著陸,，進入火星大氣層后,，它將張開一個降落傘，隨后在兩米高度使用火箭懸停,，把火星車「吊裝」到地面上,。與好奇號不同，毅力號有一個自動駕駛系統(tǒng),，可以避開巨大的巖石并把自己引導(dǎo)到安全的位置,。在火星上,，毅力號將至少花費一個火星年（約 687 個地球日）的時間對附近的區(qū)域進行探索,。
毅力號預(yù)定降落的區(qū)域,。超過 38 億年前，一條河從這個位置注入 45 公里寬的隕石坑,，選擇這里當(dāng)然是為了尋找火星古代存在生命的證據(jù),。使用空間探測器進行火星探測的歷史幾乎貫穿整個人類航天史，但這些工具都有一些局限性,。圍繞火星飛行的軌道飛行器能拍到大范圍的火星圖像,，但分辨率不夠高；發(fā)射到火星表面的火星車拍到的圖像分辨率很高,，但移動距離有限，而且很多地方不適合火星車進入,。之前,，已經(jīng)有一些人類制造的「火星車」登陸過火星，但是為了適應(yīng)火星表面平均 - 63 攝氏度,，接近外太空的殘酷環(huán)境,，工程師們會讓它們行駛得非常緩慢。人們最為熟知的好奇號迄今為止已運行了八年,，才累積行駛了 22 公里,，平均一下還沒有蝸牛爬得快,。于是，NASA 的研究人員就想了一個辦法來擴展火星車的視野——無人機,。
這架無人機重量僅為 1.8 公斤,，裝在探測器的腹部，將在火星的惡劣環(huán)境中嘗試起飛,。這將是人造飛行器在地球以外的星球的首次飛行,，或?qū)㈤_辟一條新的太陽系探索之路。「此次飛行測試的成功將為人類的太空探索添加一個新的維度,，」Ingenuity 項目負責(zé)人,、噴氣推進實驗室負責(zé)人 MiMi Aung 表示。
給火星車配一個無人機,，其實這個點子不難想到,，真正的難點在于：怎么讓它飛起來？
火星表面的重力大約只有地球的 1/3 強（38%）,，看起來似乎很容易起飛,，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，根據(jù)地球空氣動力學(xué)設(shè)計的飛行器在火星上都飛不起來,。如果想在火星上起飛,，飛行器必須是超輕的，而且螺旋槳的轉(zhuǎn)速要非?？?。但螺旋槳也不能轉(zhuǎn)太快，因為隨著速度的增加,，風(fēng)險也會增加,。「沒有直升機在這種條件下飛起來過——這大概相當(dāng)于在地球 3 萬米海拔上起飛，」NASA 噴氣推進實驗室技術(shù)組成員,、火星無人機項目首席工程師 Bob Balaram 說道,。「螺旋槳不能越轉(zhuǎn)越快,，因為它的尖端會接近音速,，接下來就是超音速。我們并不想讓它達到音速,，因為這會加劇湍流效應(yīng),。」通常在移動速度接近音速時,，會出現(xiàn)一股強大的阻力,，使飛行器產(chǎn)生強烈的振蕩,，這個現(xiàn)象俗稱為音障。即使是直升機旋翼的翼尖出現(xiàn)這樣的情況也不好處理,。順便一提：火星的音速是 240m/s,，比地球上還要慢三分之一。此外,，毅力號的設(shè)計團隊還設(shè)定了無人機的尺寸,，確定該探測器可以容納一個葉片直徑 1.2 米的微型無人機。在弄清楚這些限制之后,，NASA 噴氣推進實驗室（JPL）的工程師開始著手設(shè)計第一架火星無人機,。他們將無人機的重量限制在 1.8 千克左右，這得益于輕量級電子設(shè)備的進步,。如果放在幾十年前,，輕量級電子計算機、傳感器,、攝像機,、陀螺儀等都還沒有被發(fā)明出來，造這么一個輕量級無人機幾乎是不可能完成的任務(wù),。無人機的最終設(shè)計看起來像一只戴著復(fù)雜頭飾的長腿蜘蛛,。它的主體是一個盒子，盒子上伸出四條腿,，使機身能夠直立,。無人機的頂部安裝了四個碳纖維葉片，還有一個太陽能電池板,。這些葉片的設(shè)計轉(zhuǎn)速可達每分鐘 2400 轉(zhuǎn),。對于無人機來說，這是極快的轉(zhuǎn)速,。相比之下,，一架傳統(tǒng)直升機每分鐘的轉(zhuǎn)速僅為 450 到 500。
Ingenuity 無人機和你的筆記本電腦差不多重,，不知道里面承載了多少黑科技,。
然而，無人機造出來只是成功了一半,，重點是要確保它能在火星上飛起來,。「除了設(shè)計,，你還要考慮一個問題：『怎么測試？』因為之前沒有人這么做過,?！筂iMi Aung 表示,。
幸運的是，NASA 的 JPL 實驗室配置了可以用于這項工作的巨大測試室,。這是一個名為「空間模擬器」的巨大房間,，它可以創(chuàng)造一個完全真空的環(huán)境，還可以模擬無人機在離開地球之后可能面臨的各種極端氣溫,。為了模擬火星大氣,，他們將空間模擬器抽成近乎真空的環(huán)境，然后再往里填二氧化碳,，這樣就得到了類似火星的大氣密度,。除了大氣，重力也是一個要解決的問題,。為了模擬火星上的重力,，工程人員給無人機系上了一根細繩。這根細繩及相關(guān)裝置叫做 Gravity Offload System,，可以提供向上的拉力,。在最初的幾次飛行測試中，研究小組發(fā)現(xiàn),，測試無人機的葉片總是不停地上下擺動,。由于葉片比較細長，這種擺動的傾向也發(fā)生在地面直升機上,，但是厚重的大氣減弱了這種影響,。為了解決這個問題，他們把螺旋槳的葉片做得非常硬,，比地球上同等大小的普通直升機要硬得多,。該團隊在各種極端條件下進行了數(shù)十次飛行測試，最低測試溫度達到零下 90 度,。測試完成后,，他們將無人機折疊起來，放入了毅力號探測器,。在毅力號到達火星并找到合適的位置之后,，它會將 Ingenuity 放出來，讓它獨立完成任務(wù),。
毅力號將 Ingenuity 放到火星表面后揚長而去,。
「如果成功，它將與萊特兄弟飛行成功的一刻媲美,?！筂iMi Aung 說道。在毅力號登陸火星后 90 天遠程自檢的時間段里，她的團隊有一個月的時間來試飛無人機,。在未來,，我們或許可以看到無人機在遙遠的火星上搜尋宇航員，執(zhí)行各種任務(wù),。
「Ingenuity」計劃將完成四次短途飛行,，每次起飛都會有更大更遠的目標，計劃內(nèi)每次飛行時間不會超過 90 秒,。但在短短的時間里,，Ingenuity 可以飛到 4.6 米高，水平移動距離約 50 米,。由于地球和火星之間的通信有很長時間的延遲（單向 3-22 分鐘）,，所有這些飛行都必須是自主的。設(shè)計團隊將向無人機發(fā)送一個指令列表,，由它自己執(zhí)行所有步驟,。在計劃中，無人機會在飛行時捕捉圖像,，而毅力號也有可能拍下一些 Ingenuity 盤旋在空中的圖像,。
作為史上第一個在外星起飛的無人機，「Ingenuity」執(zhí)行的任務(wù)主要是技術(shù)驗證,，證明飛行器在未來的火星任務(wù)中具有價值,。雖然剛剛發(fā)射上天，但工程師們已經(jīng)開始著手設(shè)計更大的,、重量在 20 公斤左右的無人機,。Ingenuity 的下一代將可以攜帶比現(xiàn)在更重要的科學(xué)載荷和更好的相機?！傅趯W(xué)會走路之前,，你必須先嘗試爬行。這就是 Ingenuity 的意義所在,，」Balaram 說道,。「希望我們能夠?qū)崿F(xiàn)『萊特兄弟式』的成功時刻,，在另一個星球上首次完成可控飛行,。」https://www./articles/d41586-020-02257-whttps://www./2020/7/29/21339544/nasa-mars-helicopter-ingenuity-perseverance-rover-flight-dateAmazon SageMaker 是一項完全托管的服務(wù),，可以幫助開發(fā)人員和數(shù)據(jù)科學(xué)家快速構(gòu)建,、訓(xùn)練和部署機器學(xué)習(xí) 模型。SageMaker完全消除了機器學(xué)習(xí)過程中每個步驟的繁重工作,，讓開發(fā)高質(zhì)量模型變得更加輕松,。 現(xiàn)在,，企業(yè)開發(fā)者可以免費領(lǐng)取1000元服務(wù)抵扣券，輕松上手Amazon SageMaker,，快速體驗5個人工智能應(yīng)用實例,。
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