本文经人工智能新媒体量子比特（公众号ID：QbitAI）授权转载，转载请联系出处。“确认着陆！毅力号已经安全到达火星表面。”今天凌晨4时55分，美国“毅力号”在不改变轨道的情况下直接冲入火星大气层，最终成功着陆。“毅力号”成功着陆后，迅速发回第一张图片。这是自2012年以来，美国首次借助“空中起重机”成功登陆火星，并将首个开源Linux系统和飞行软件框架FPrime“带”上火星。FPrime安装在名为“Smart”的无人机上，由Perseverance运往火星。这也是直升机技术首次在地球之外使用。值得一提的是，“Smart”搭载了高通骁龙机器人Flight801平台。其实它的核心是2014年旗舰手机上的高通骁龙801芯片，和小米4同款（7年前用的手机SoC，现在上火星了）。“天车”着陆与“好奇号”类似，而这次“毅力号”也是使用“天车”登陆火星。在这个方案中，着陆器将被分成两部分。上半部分是吊车，装有8枚强力反推力火箭，下半部分是火星探测器。脱离防护罩后，“毅力号”火星车将被吊车吊起，与“吊车”相连，通过负责信号和控制指令传输的尼龙绳索和电缆报告实时状态。起重机稳定触地后，瞬间切断尼龙绳索，用尽全力飞离“毅力号”火星车并坠毁。此次，“毅力号”在落地过程中采用了两项新技术。首先，为了尽可能降低着陆过程中的风险，在着陆过程中，“毅力号”会快速拍照，并利用距离触发技术评估与火星地面的距离。期间，“毅力号”包裹着防护隔热罩，穿过大气层后打开降落伞减速降落。之后，隔热罩将飞走，与起重机和火星车分离。接下来，将采用第二种技术，即地形相对导航。该系统利用这项技术将着陆器拍摄的照片与机载地图进行比较，以确定着陆区的环境并避开危险地形。这一次，“毅力号”降落的“杰泽罗陨石坑”上散布着巨石、悬崖和沙丘，地势更为险峻。但起重机通过地形相对导航技术，依靠点燃的8枚反推力火箭，引导“毅力号”避开危险区域，最终成功着陆。这一次，毅力号还携带了两个麦克风（这也是第一次将麦克风送往火星）来聆听火星上的声音。此次将完成哪些任务？此次，“毅力号”火星车带来了7件重要仪器。包括全景相机、激光测距仪、X射线光谱仪、紫外光谱仪、制氧机、气象观测设备、雷达等。这一次，它的主要任务是首先在其着陆点火星的古老湖泊地形中寻找可能存在生命的证据。第二个任务是收集火星表面的土壤和岩石样本，并就地保存，等待未来美国宇航局的火星任务取回。另外两项任务包括探索着陆区的地质多样性，为未来的火星任务验证新技术，包括无人机的首次飞行实验，以及为宇航员登陆火星准备氧气。无人机首飞火星有何黑科技？重达一吨的毅力号火星车空前庞大和复杂，搭载了近十台科学仪器和检测设备。然而，即便如此，火星探测器仍然存在很大的局限性，难以满足人类探索的好奇心。首先，由于火星恶劣的环境条件（平均-63°C），火星车移动非常缓慢。最著名的“好奇号火星车”至今运行八年多，也才累计行驶了22公里，平均速度还不如蜗牛。二是火星车的“越野”能力不足，无法进入山谷、隧道、悬崖等复杂地形。因此，美国宇航局的研究人员想到了一种方法来扩大火星漫游者无人机的视野。即将进行历史上首次火星飞行的无人机“匠心号”就藏在火星探测器的腹舱内，一同着陆。首次登陆火星的智能探测器并没有承担任何具体的科研任务。其主要任务是验证无人机在火星环境中的可行性，收集飞行和火星大气数据，为未来能够真正执行任务的无人机进行迭代经验。那么，首架火星无人机要克服哪些困难，又有哪些黑科技和亮点呢？只有1%的大气压可以让无人机飞向火星探测器。其实这个想法不难想到。真正的难点在于：如何让它飞起来？火星表面的重力只有地球的1/3（38%）左右。起飞看似轻而易举，但有一点非常致命：火星大气层的密度只有地球的1%。这相当于在地球上3万多米的高空起飞，而目前的高原无人机最多只能保证在6500米的高空正常飞行。除了大气密度低之外，火星上的音速也远低于地球，只有每秒240米。如果桨叶的旋转尖端速度超过音速，会引起强烈的颤振，因此桨叶的转速应限制在每秒40转。限制速度，又要有足够的升力，这就要求整个装置不能太重。最终方案是无人机总重1.8公斤，高度0.5米。顶部安装两对碳纤维螺旋桨提供动力，直径1.2米，设计转速每分钟2400转，功率350瓦。在测试阶段，美国宇航局的喷气推进实验室准备了一个名为“太空模拟器”的巨大房间，可以模拟无人机离开地球后可能面临的各种极端温度，以及火星大气和重力环境。最终，智能漫游车在-90℃的模拟火星环境中实现了正常工作，水平移动速度10米/秒，爬升速度3米/秒。在实现了基本功能之后，无人机还有一个重要的挑战，那就是通信和控制。然而，火星与地球之间的距离约为10光分，所以实时控制是不可能的。注：光分是光在真空中一分钟内传播的距离。因此，研究团队设计了一个指令表，预装在毅力号火星车上，火星车与无人机进行通信。因此，智能探测器不能离火星探测器太远。设计的4次试飞射程不超过50米，时间在90秒以内。在飞行过程中，无人机会捕捉图像，毅力号也可能会捕捉到一些在天空中盘旋的智慧号的图像。第一架火星无人机拥有与7年前手机相同的芯片。你没看错。火星无人机采用的处理器与小米等众多普通民用手机采用的处理器型号相同。而且还是7年前的旗舰手机小米4同款芯片——高通骁龙801（28nm工艺）。为什么选择民用产品？最重要的原因是无人机对实时数据处理的要求更高，包括飞行过程中的姿态控制、图像处理等任务，而火星探测器上的成熟产品无法满足要求。一般来说，为保证航天任务的成功率，传统航天器所使用的设备都集中在成熟稳定的机型上。比如好奇号火星车的计算机使用的CPU是PowerPC750（150nm工艺，最高频率200MHz），其他硬件配置也很低。但由于Wit本身的实验验证性质，NASA愿意承担一些风险，特别是允许项目组在市场上采购民用产品。最终选用的骁龙801处理器，除了体积小、抗辐射达标外，运算能力比毅力号火星车上的处理器高出几个数量级。除了处理器，智能无人机的导航设备，包括惯性测量单元IMU、激光测距仪等设备，都是通过SparkFun电商平台采购的，都是普通手机级别的硬件。这些民用产品能否在火星上与航天军用产品相抗衡，即将见分晓。第一个火星无人机代码，开源！NASA“放炮”，将Linux系统“手动狗头”送上火星。没错，毅力号火星车的成功着陆让Linux操作系统首次登上了火星。之前的NASA火星探测器使用的是VxWorks商业操作系统。使用Linux系统的设备是无人机Ingenuity，即将进行历史上首次火星飞行。而且，美国宇航局喷气推进实验室为火星无人机开发的Linux飞控系统已经开源。现在，任何开发者都可以在Github上下载与NASA火星无人机“相同”的代码，并在自己的飞行器上使用。随着美国“毅力号”登陆并开始一系列任务，我国的“天问一号”也在准备着陆。天问一号怎么样？目前，天问一号已于2月10日入轨，计划5月左右实施火星探测器着陆任务。与毅力号的直接“天车”着陆方式不同，天问一号将采用动力下降着陆，即火箭反推力悬停着陆技术。也就是说，反推器将继续工作，直到着陆器降落在火星表面。与着陆器本身相比，这项技术需要更大的燃料箱和反推器，传感器系统也安装在着陆器底部。由于燃料箱和反向火箭在着陆前无法分离，因此需要加大着陆腿的跨度以提高着陆安全性。这也是目前最安全的着陆方案。着陆后，着陆器将释放火星车。天问一号搭载的火星探测器以太阳能为动力，设计寿命为90天。如果火星车成功着陆运行，将成为人类历史上第一辆一次性完成“绕、着、巡”的火星车。期待它在5月份的表现。NASA火星无人机开源地址：https://github.com/nasa/fprime
