机器之心报道
机器之心编辑部
历经近 7 个月、约 5 亿公里的漫长旅行之后 ， NASA「毅力号」火星车终于抵达了它的目的地 - 火星 ， 并成为了继 2 月 10 日阿联酋希望号、中国天问一号之后 ， 又一个抵达火星的探测器 。
去年 7 月底 ， 机器之心报道了 。
【密度|27亿美元的毅力号成功登陆火星，还带了一架1%大气密度也能飞的无人机】如今 ， 「毅力号 」火星车在被送上轨道的近 7 个月后 ， 终于成功在火星着陆 。
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据资料显示 ， 「毅力号」是有史以来最大、最为复杂的火星探测系统 ， 这台次世代火星车造价高达 27 亿美元 ， 总重 1025 千克 。 它是自阿联酋希望号、中国天问一号之后 ， 人类在这个「火星季」发射的第三个探测器 。 但是 ， 阿联酋的希望号探测器只是一颗火星人造卫星 ， 而中国天问一号仍在火星轨道 ， 而「毅力号」采取了直接降落火星的方式 。
「毅力号」的着陆地点位于火星赤道以北的耶泽罗撞击坑（Jezero crater） ， 其中心座标为（18.41°N, 77.69°E） 。 在此处着陆的主要目的是识别和收集该地区的沉积岩和土壤样本 ， 并探索可能存在的火星生命迹象 。
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图源：NASA 和 J.P.L 。
成功着陆火星之后 ， 「毅力号」先后发回了两张火星表面的图像 。
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「毅力号」着陆火星全过程
作为人类目前最重的火星探测器 ， 「毅力号」火星车长 3 米、宽 2.7 米、高 2.2 米 ， 重量达到 2,260 磅（约 1 吨） 。 因此 ， 着陆火星并不容易 ， 它没有选择首先进入轨道 ， 而是借助一个直径超 70 英尺的降落伞直接着陆 。
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「毅力号」火星车火星着陆概念图 。 图源：NASA
着陆火星的全过程主要分为以下几个步骤：巡航阶段分离、「毅力号」抵达火星附近、接触火星大气、经历「黑色七分钟」、打开降落伞、喷气背包（jetpack）点火并释放「毅力号」、喷气背包飞到远处自毁 。
NASA 毅力号火星探测器（NASA’s Perseverance Mars Rover）官方推特全程演示了「毅力号」火星车着陆火星的过程：
首先完成巡航阶段分离（ cruise stage separation） ， 「毅力号」抵达火星附近 。
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抵达火星大气层顶部 ， 这时离着陆还有七分钟 。
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进入火星大气层 ， 经过热量峰值（peak heating）和减速（deceleration） ， 机动瞄准着陆目标 。
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打开降落伞（parachute） ， 再次减速 。 此时速度约为 1500 千米 / 小时、海拔高度约为 11 千米 。
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丢掉防热罩（heat shield） ， 此时离着陆还有两分钟 。
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锁定雷达 ， 打开摄像机 ， 寻找安全的着陆点 。
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点燃喷气背包的引擎 ， 此时离着陆还有不到一分钟 。
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最终 ， 喷气背包释放「毅力号」火星车 ， 并使其成功着陆 ， 宣告此次火星着陆任务完美结束 。
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1% 的大气也能飞的无人机
除了探测器「毅力号」 ， NASA 为它配备的无人机同样备受关注 。
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这架无人机由 NASA 喷气推进实验室（JPL）着手设计 ， 重量仅为 1.8 公斤 ， 高 0.5 米 ， 螺旋桨直径 1.2 米 ， 装在探测器的腹部 ， 主要用于拓展火星车的视野 。
而这项任务的重要性和价值在于证明直升机有可能在火星上飞行 ， 并收集有利于下一代火星旋翼飞机的数据 。
如果成功这将是人造飞行器在地球以外的星球的首次飞行 ， 或将开辟一条新的太阳系探索之路 。
那么此次飞行最大的难点在于哪里？气压 。
虽然火星表面的重力大约只有地球的 1/3 （38%） ， 看起来有利于无人机飞行 ， 但有一点非常致命：火星大气的密度只有地球的 1% 。 由于几乎没有空气流动 ， 在火星上获得起飞所需的升力是非常困难的 。
因此这要求飞行器必须是超轻的 ， 而且螺旋桨的转速要非常快 。
据报道 ， 这架无人机螺旋桨旋转角速度可达 2400 转每分钟 ， 水平移动的速度为 10 米每秒 ， 爬升速度为 3 米每秒 。 相比之下 ， 一架传统直升机每分钟的转速仅为 450 到 500 。
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在导航传感器上 ， 无人机使用手机级 IMU、激光测高仪以及向下的 VGA 摄像机进行单眼特征跟踪 。 导航时 ， 无人机逐帧比较几十个特征 ， 以跟踪相对位置找出方向和速度 。 这些都是通过位置估计来完成的 ， 而不是记住特征或创建地图 。
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从下方看此无人机 ， 包含激光测高仪和导航摄像机 。
最后 ， 机器之心告诉读者们一件有趣的事：这也是 NASA JPL 的工程师们第一次在火星上飞行基于 Linux 系统的无人机 。 该火星无人机的运行代码也已在 Github 上开源 。
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参考链接：
https://www.nytimes.com/live/2021/02/18/science/nasa-mars-landing#what-will-the-rover-do-on-mars
https://spectrum.ieee.org/automaton/aerospace/robotic-exploration/nasa-designed-perseverance-helicopter-rover-fly-autonomously-mars
? THE END
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_原题《27亿美元的NASA「毅力号」成功登陆火星！还带了一架1%大气密度也能飞的无人机》
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