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高通與NASA合作開(kāi)發(fā):火星直升機(jī)“機(jī)智號(hào)”將完成人類首度火星飛行

原創(chuàng)文章 發(fā)布人:yong yanng 發(fā)布時(shí)間:2021-03-31 12:08

3月29日消息,移動(dòng)處理器大廠高通(Qualcomm) 日前宣布,上個(gè)月成功登陸火星的NASA毅力號(hào)(Perseverance)火星探測(cè)器所搭載的火星直升機(jī)機(jī)智號(hào)(Ingenuity) 的技術(shù)與解決方案是由高通與美國(guó)太空總署噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(NASA Jet Propulsion Labs, JPL) 共同完成的,而這將是人類首度于其他行星進(jìn)行動(dòng)力飛行。根據(jù)NASA公布的信息顯示,“機(jī)智”號(hào)直升機(jī)將于4月初完成在火星上的首次飛行。

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高通指出,火星直升機(jī)計(jì)劃自2014 年開(kāi)始啟動(dòng),計(jì)劃目的在于由噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室示范技術(shù),展示自動(dòng)駕駛飛機(jī)如何應(yīng)用于太空探索、研究與資料收集,并作為未來(lái)任務(wù)與設(shè)計(jì)參考。團(tuán)隊(duì)必須將所有技術(shù)細(xì)節(jié)列入考量,包括負(fù)責(zé)操作直升機(jī)的處理器等。當(dāng)噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室與高通聯(lián)系,并討論藉由高通技術(shù)公司的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試并拓展機(jī)智號(hào)自動(dòng)飛行的能力時(shí),而高通對(duì)于能共同實(shí)現(xiàn)該團(tuán)隊(duì)的愿景深感興奮。

高通強(qiáng)調(diào),嚴(yán)峻的太空環(huán)境對(duì)于操作火星直升機(jī)帶來(lái)各種獨(dú)特的挑戰(zhàn)。而高通的飛行平臺(tái)(Qualcomm Flight Platform) 具備了因應(yīng)這些挑戰(zhàn)的能力。

最主要的困難是直升機(jī)的操作。由于訊號(hào)會(huì)有數(shù)分鐘的延遲,通過(guò)遙控進(jìn)行實(shí)時(shí)操控直升機(jī)實(shí)是不可能的。因?yàn)椋鄙龣C(jī)需要接收百萬(wàn)公里之外從地球發(fā)出的指令,這也使得延遲時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)3 至22 分鐘。所需直升機(jī)需要有彈性的自動(dòng)控制的能力。

同時(shí),由于加熱器在火星夜間為元件保溫消耗了直升機(jī)大部分的功耗,確保處理自動(dòng)操作的系統(tǒng)具備高度的運(yùn)算能力并同時(shí)保持低功耗也是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。

除了彈性的自動(dòng)控制功能,噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室亦須考慮火星輻射與大氣環(huán)境的影響,才能選擇合適的機(jī)器人平臺(tái)。因?yàn)闃O端的氣溫及溫度,會(huì)讓零件快速耗損。此外,部分形式的太空幅射也會(huì)逐漸或突然破壞芯片。所以需要縝密的測(cè)試與太空防護(hù)。

經(jīng)噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室分析,認(rèn)為高通飛行技術(shù)平臺(tái)可降低錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn),并能夠符合在其他行星首次飛行所需的功能。

據(jù)了解,高通飛行平臺(tái)是以自動(dòng)駕駛飛機(jī)為目的,從無(wú)到有打造而成。該平臺(tái)聚焦于通常專為消費(fèi)者無(wú)人機(jī)技術(shù)所需的技術(shù),例如4K 超高解析攝影、異質(zhì)移動(dòng)運(yùn)算、視覺(jué)慣性測(cè)距導(dǎo)航與飛行輔助等,全都納入極小且耐受度高的套件中。噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室在考慮遠(yuǎn)距操作火星直升機(jī)可能面臨的限制、以及直升機(jī)運(yùn)算所需的復(fù)雜演算法時(shí),即想到這些功能?;鹦侵鄙龣C(jī)的自動(dòng)飛行功能至關(guān)重要,能在探測(cè)車無(wú)法輕易抵達(dá)的區(qū)域?qū)Ш?,開(kāi)啟火星探索的全新可能,取得高解析度圖像,且能在更短時(shí)間內(nèi)探索更大的區(qū)域。

高通強(qiáng)調(diào),此項(xiàng)計(jì)劃也為高通帶來(lái)了獨(dú)特的機(jī)會(huì),測(cè)試搭載其飛行平臺(tái)的機(jī)智號(hào)在極端環(huán)境中的表現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果將令團(tuán)隊(duì)學(xué)到許多寶貴知識(shí),能用于未來(lái)任務(wù)中。舉例而言,高通能為噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室量化零件暴露于輻射中的劣化程度,協(xié)助噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室建立風(fēng)險(xiǎn)模型。這使噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室得以決定未來(lái)是否執(zhí)行特定飛行任務(wù)。除了用于機(jī)智號(hào)的自動(dòng)飛行功能,高通飛行平臺(tái)亦用于火星探測(cè)車“毅力號(hào)”的通訊系統(tǒng)中。“毅力號(hào)”搭載高通飛行平臺(tái)的運(yùn)算能力可處理直升機(jī)所拍攝的影像。這使機(jī)智號(hào)與毅力號(hào)能協(xié)作,盡可能拍攝最佳影像,傳回至噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室位在地球的團(tuán)隊(duì)。

高通進(jìn)一步指出,與噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室合作研發(fā)火星直升機(jī)的成果,對(duì)高通而言既是令人興奮的榮譽(yù),也證明了科技公司與終端消費(fèi)者共同合作,能夠成就無(wú)限可能。此項(xiàng)計(jì)劃可望形塑未來(lái)利用商用科技與研究來(lái)推展太空探索技術(shù),也有助推動(dòng)高通技術(shù)公司機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新。預(yù)計(jì),自從高通飛行平臺(tái)問(wèn)世之后,未來(lái)也將推出其他高通機(jī)器人平臺(tái)。

關(guān)于機(jī)智號(hào)火星直升機(jī)

這架直升機(jī)重僅為1.8公斤,高0.5米,螺旋槳直徑1.2米,由兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳提供升力,功率350瓦。

雖然火星的表面引力只有地球的三分之一,從這點(diǎn)看有利于飛行器飛行,但是火星的氣壓只有地球氣壓的1%,空氣非常稀薄,因此要求螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)更加快速才行。小機(jī)靈直升機(jī)螺旋槳旋轉(zhuǎn)角速度可達(dá)2400轉(zhuǎn)每分鐘。水平移動(dòng)的速度為10米每秒,爬升速度為3米每秒。

這架小直升機(jī)靠頂部的太陽(yáng)能板進(jìn)行充電,電能儲(chǔ)存在鋰離子電池中。充電一天,大概能夠飛行90秒!安裝有一個(gè)彩色相機(jī)和一個(gè)黑白相機(jī)。

這架直升機(jī)無(wú)法直接和地球聯(lián)絡(luò),要通過(guò)毅力號(hào)進(jìn)行信息接力傳輸,因此,不能飛離毅力號(hào)太遠(yuǎn),最遠(yuǎn)航程僅300米,最遠(yuǎn)通訊距離為1公里。

其實(shí),本次火星直升機(jī)項(xiàng)目主要是為了進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證,并沒(méi)有賦予太多任務(wù)使命?;鹦侵鄙龣C(jī)比軌道上的人造衛(wèi)星分辨率更高,而且比火星車更加靈活,機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)。一旦飛行成功,將為未來(lái)火星探測(cè)增加了全新的方式。