NASA意志號(hào)直播攻略來(lái)了！萬(wàn)字長(zhǎng)文詳解火星使命
本文來(lái)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)悾^圖來(lái)自：視覺(jué)我國(guó)
美國(guó)太平洋時(shí)刻 7 月 30 日上午 4：50/美國(guó)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(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）當(dāng)下最先進(jìn)的火星勘探車(chē)——“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(chǎng)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(kāi)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(lái)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(guò)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(zhuān)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(guó)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(kāi)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(yè)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(chē)和“創(chuàng)始號(hào)”火星直升機(jī)）：約 117 萬(wàn)磅（53.1 萬(wàn)公斤）
“意志號(hào)”火星車(chē)勘探器詳解
質(zhì)量：大約 2260 磅（1025 公斤）尺度：長(zhǎng)約 10 英尺（不包含機(jī)械臂），寬 9 英尺，高 7 英尺（長(zhǎng) 3 米，寬 2.7 米，高 2.2 米），機(jī)械臂長(zhǎng)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(zhǎng)）長(zhǎng)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(chē)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(guó)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(chē)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(zhǎng)，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(chē)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(lái)輔佐火星車(chē)的出場(chǎng)、下降、著陸（其間，1 個(gè)是是非攝像頭，用于地勢(shì)相對(duì)導(dǎo)航，2 個(gè)是五顏六色攝像頭，用于出場(chǎng)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(huà)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(chē)2 臺(tái)獨(dú)創(chuàng)性相機(jī)：1 個(gè)五顏六色斜視地勢(shì)圖畫(huà)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(guó)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(wú)線電）從火星到地球的單向時(shí)長(zhǎng)：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(cè)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?；鹦琴|(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(yáng)遠(yuǎn) 1.5倍 （從太陽(yáng)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(yáng)最近的 80 華氏度(27 攝氏度)
資金投入數(shù)據(jù)
美國(guó)宇航局現(xiàn)已出資了大約 24 億美元來(lái)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(chē)的費(fèi)用大約是 3 億美元。
美國(guó)國(guó)家航空航天局現(xiàn)已出資了大約 8000 萬(wàn)美元來(lái)制作火星直升機(jī)，并出資了大約 500 萬(wàn)美元來(lái)運(yùn)營(yíng)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(wèn)題。
火星車(chē)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(lái)回來(lái)地球搜集樣本。意志號(hào)還將搜集有關(guān)應(yīng)對(duì)未來(lái)人類(lèi)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(chē)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(yáng)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(yáng)、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(yáng)、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(wàn)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(guò)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(lái)自航天器的無(wú)線電信號(hào)，在其下降大氣層和著陸過(guò)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(guó)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(chǎng)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(guó)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(kāi)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(yáng)能電池板，太陽(yáng)能電池板為通訊無(wú)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(kāi)收音機(jī)，因?yàn)檫@會(huì)在它們無(wú)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(kāi)端。在巡航期間，“意志”號(hào)火星車(chē)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(pán)狀的太陽(yáng)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](méi)有像航天器那樣完全清潔，火箭開(kāi)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(kāi)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(chē)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(guò)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(guó)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(chǎng)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(shì)相關(guān)導(dǎo)航。
著陸階段
火星車(chē)應(yīng)該在火星下午著陸——大約是當(dāng)?shù)鼐鶆蛱?yáng)時(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(chē)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?chē)將在火星白日作業(yè)，而在火星之夜“睡覺(jué)”）意志號(hào)火星車(chē)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(cè)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(zhǎng)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(wèn)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(kāi)端時(shí)刻推延 40 分鐘。終究，團(tuán)隊(duì)成員將在深夜醒來(lái)開(kāi)端輪班。
在調(diào)試的前 16 個(gè) sol 中，意志號(hào)將：
打開(kāi)桅桿和高增益天線；
開(kāi)端對(duì)著陸點(diǎn)進(jìn)行成像；
晉級(jí)月球車(chē)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(kāi)手臂，測(cè)驗(yàn)它的動(dòng)作；
進(jìn)行短間隔駕馭測(cè)驗(yàn)；
把肚盤(pán)放在周游車(chē)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(lái)作為“才智”號(hào)火星直升機(jī)的停機(jī)坪?；鹦擒?chē)將在這一區(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(kāi)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(lái)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(chē)的活動(dòng)將受到約束，例如 2021 年 9 月，太陽(yáng)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(chē)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(chē)
“意志號(hào)”勘探車(chē)是在美國(guó)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(guó)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(kāi)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(guó)宇航局在“為火星車(chē)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(wèn)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(xiě)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(guó)家，而是作為人類(lèi)，不會(huì)拋棄?！?/span>
2. 樹(shù)立在前浪們的閱歷之上
美國(guó)宇航局在火星上的榜首個(gè)勘探車(chē)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(chē)進(jìn)行了人類(lèi)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(chē)，勇氣號(hào)和機(jī)會(huì)號(hào)，都是高爾夫球車(chē)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(chē)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(guò)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(wèn)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(cè)，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(huà)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(lái)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(guó)宇航局和歐洲航天局正在方案一項(xiàng)火星樣本回來(lái)使命，在地球上檢測(cè)這些樣本將會(huì)供給更多關(guān)于它們的信息。
6. 為未來(lái)人類(lèi)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(lèi)探究的未來(lái)技能，包含火星車(chē)的地勢(shì)相對(duì)導(dǎo)航體系。作為著陸體系的一部分，地勢(shì)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(guò)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(lái)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(kāi)發(fā)了比其他任何火星車(chē)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(wú)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。“意志號(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(guò)的圖畫(huà)。
本著大眾參加的精力，“意志號(hào)”火星車(chē)還帶著了一個(gè)電化鍍板，上面用莫爾斯電碼寫(xiě)著“Explore as one”，還有三個(gè)硅芯片，上面有大約 1090 萬(wàn)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(guó)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(guó)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(cè)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(cè)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(zhǎng)）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(yáng)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(lái)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(cè)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(cè)驗(yàn)?！皠?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(guò)，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(wú)法經(jīng)過(guò)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(lái)地球。
“創(chuàng)始號(hào)”將經(jīng)過(guò)火星車(chē)進(jìn)行通訊，然后火星車(chē)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(lèi)閱歷了許多測(cè)驗(yàn)和過(guò)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(guò)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(cè)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(lái)自阿拉巴馬州諾斯波特的 Vaneeza Rupani 開(kāi)端為火星 2020 號(hào)火星車(chē)命名“創(chuàng)始號(hào)”，但美國(guó)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?！盧upani 寫(xiě)道，“創(chuàng)造力是讓人們完結(jié)令人驚嘆的工作的東西。”
魯帕尼還贊賞了火星車(chē)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(lèi)意志和創(chuàng)造力的結(jié)合?！?/span>
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(zhǎng)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(chē)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(yáng)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(lái)的火星探究將向航空方向開(kāi)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(lái)的機(jī)器人和人類(lèi)火星使命中。
未來(lái)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(chē)和著陸器無(wú)法供給的; 為機(jī)器人或人類(lèi)供給高清圖畫(huà)和偵查; 以及進(jìn)入火星車(chē)難以抵達(dá)的區(qū)域。
而且未來(lái)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(zhuān)用核算機(jī)
意志號(hào)比 NASA 的前四輛火星車(chē)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(chē)”。
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(jué)算法的傳感器進(jìn)行導(dǎo)航。從 1997 年開(kāi)端，即便陸地主動(dòng)駕馭轎車(chē)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(lèi)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(chē)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(jué)算法中進(jìn)行導(dǎo)航
在此前的火星周游車(chē)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?chē)h(huán)境，稍作駕馭，再停下來(lái)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(jué)導(dǎo)航流程轉(zhuǎn)移到專(zhuān)用核算機(jī)上，因而無(wú)需采納這種“走走停?！钡霓k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?lè)轿?，而機(jī)器視覺(jué)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(jué)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(wú)線電信號(hào)以光速傳達(dá)長(zhǎng)達(dá) 22 分鐘以進(jìn)行單程游覽。長(zhǎng)期的推遲將使其無(wú)法實(shí)時(shí)操控周游車(chē)，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(lái)進(jìn)行飛翔測(cè)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)亍＜偃缫庵咎?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(chē)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(jué)和視覺(jué)測(cè)距法確認(rèn)火星上的方位。立體視覺(jué)結(jié)合了來(lái)自“左攝像機(jī)”和“右攝像機(jī)”的兩幅圖畫(huà)，以創(chuàng)立周游車(chē)周?chē)?D圖片，而視覺(jué)測(cè)距軟件及時(shí)剖析別離的圖畫(huà)，預(yù)估周游車(chē)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?guó)宇航局噴氣推動(dòng)試驗(yàn)室高檔研討科學(xué)家兼核算機(jī)視覺(jué)小組主管 Larry Matthies 說(shuō)。“幾十年前，當(dāng)激光雷達(dá)還不老練時(shí)，咱們就開(kāi)端在噴氣推動(dòng)試驗(yàn)室運(yùn)用立體視覺(jué)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(chē)樹(shù)立視覺(jué)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(chē)都將立體視覺(jué)與視覺(jué)測(cè)距法結(jié)合運(yùn)用。但意志號(hào)異乎尋常的當(dāng)?shù)卦谟冢袑?zhuān)用硬件和一套新穎的機(jī)器視覺(jué)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?chē)h(huán)境，因而有更多時(shí)刻專(zhuān)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(shù)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(chē)一天中的最長(zhǎng)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(chē)行進(jìn)記載。
因?yàn)榛鹦菦](méi)有磁場(chǎng)與稠密的大氣層，無(wú)法屏蔽來(lái)自太陽(yáng)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(guò)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(jué)芯片。依據(jù)賽靈思公司進(jìn)行的資歷測(cè)驗(yàn)，該芯片每年不產(chǎn)生逾越兩次的翻轉(zhuǎn)過(guò)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(cè)驗(yàn)組件的抗輻射才干花費(fèi)很長(zhǎng)期相關(guān)。
NASA 2020 火星使命團(tuán)隊(duì)
Matthies 說(shuō)：“即便硬件是完美的，算法也總是會(huì)犯過(guò)錯(cuò)。在核算機(jī)視覺(jué)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(chē)看不到物體或?qū)⑵湔`以為其他物體的狀況。處理此問(wèn)題的一種辦法是從其他傳感器獲取周游車(chē)的導(dǎo)航體系數(shù)據(jù)，讓它不只是依托視野來(lái)繞行。例如，陀螺儀和加速度計(jì)就能夠協(xié)助周游車(chē)了解火星外表的斜度和粗糙度。
Twu 說(shuō)：“體系越雜亂，能夠做出的決議計(jì)劃類(lèi)型就越多。這需求保證現(xiàn)已涵蓋了周游車(chē)或許遇到的悉數(shù)或許狀況，經(jīng)過(guò)進(jìn)行屢次實(shí)踐著手測(cè)驗(yàn)?zāi)馨l(fā)現(xiàn)算法中的不足之處。”
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(cè)驗(yàn)都在虛擬仿真中進(jìn)行。經(jīng)過(guò)在軟件上投進(jìn)悉數(shù)或許場(chǎng)景，了解其在不同狀況下的功能。盡管場(chǎng)景周?chē)蠖嗳允腔旌希ㄌ摂M）巖石，但能夠建模的景象類(lèi)型和場(chǎng)景并沒(méi)有實(shí)在約束。Twu 稱，對(duì)視覺(jué)算法進(jìn)行全面測(cè)驗(yàn)，加上周游車(chē)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(chē)更自若地在困難地勢(shì)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(cè)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(wèn)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(lái)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(lái)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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