火星無人機全部代碼公開!毅力號帶著手機芯片和 Linux 系統上太空

芒果果

毅力號登陸火星,帶著手機芯片和 Linux 系統上太空了!

歷經 203 天,穿越了 4.72 億公里之后,美國“毅力號”火星車終于在美東時間下午 3:55 成功登陸火星。

結束近 7 個月的旅程后,“毅力號”傳回了通過避險攝像機拍攝的第一張火星表面景象。這次,“毅力號”的主要任務是——尋找古代生命的跡象,并收集火星巖石和土壤樣本帶回地球研究。

值得一提的是,配合“毅力號”完成探測任務的“機智號”無人機搭載的是驍龍 801 處理器。沒錯,就是那個用在手機上的驍龍 801。當年,小米 4 用的就是這款芯片。

此外,這也是人類第一次在火星上運行 Linux 系統?!耙懔μ枴鄙系臒o人機“機智號”實際上是通過 Linux 操作系統控制的。不止如此,NASA 還把這個專門為火星無人機開發的 Linux 飛行控制系統開源了!

這就是毅力號在火星表面拍攝的第一張圖像:

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“恐怖 7 分鐘”艱難著陸

2020 年 7 月 30 日,耗資 24 億美元的毅力號從美國佛羅里達州的卡納維拉爾角太空部隊站發射升空,帶著收集火星樣本的任務邁出了火星探索的第一步。

美國宇航局科學副主任托馬斯說,“毅力號是從火星帶回巖石的第一步,我們不知道這些來自火星的原始樣本會告訴我們什么,但無疑是非常重要的,甚至可能包括曾經存在于地球之外的生命?!?/p>

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毅力號進入下降階段時,以大約 20000 km/h 的速度飛行,盡管火星的氣氛很稀薄,但它仍將給毅力號帶來極大的阻力。進入火星大氣層大約 80 秒鐘之內,航空器外殼外部的溫度將達到 1300 攝氏度。

約四分鐘后,毅力號的“降落傘”展開,保護性航空器外殼脫落。當毅力號下降到火星表面上方約 4 公里時,它將激活其地形導航系統。

410 秒后(將近 7 分鐘),毅力號終于在火星成功著陸。與 2018 年 8 月的“好奇號”火星車非常相似,它也在著陸時經歷了類似的“恐怖 7 分鐘”。

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火星表面首次有直升機起飛

毅力號首次將直升機帶上了火星,機智號火星無人機將在火星表面飛起幾英尺的高度,并在毅力號火星車的周圍盤旋,收集圖像信息。這將是直升機在火星極薄的大氣層中首次實現動力飛行。

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機智號無人機僅重 1.8 公斤,通過頂部安裝的 4 個碳纖維螺旋槳提供動力,每分鐘轉速為 2400 轉,功率為 350 瓦。為了配合毅力號的探測任務,它要面對許多挑戰。

要知道,實現直升機在火星上飛行是有很大難度的。一方面火星的稀薄大氣使得難以獲得足夠的升力。另一方面由于火星大氣層的密度比地球密度低 99%,直升機的旋轉葉片也要做的更大,并且轉速要非??觳拍芷痫w。

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機智號采用驍龍 801 處理器,帶著 Linux 系統上火星

由于太空探索對硬件設備的穩定性要求極高,很多設備都采用了已經在地面運行了多年的處理器,機智號也是如此。但值得注意的是,機智號這次沒有采用商業級別的處理器,而是用于手機的民用處理器。這是因為,機智號被 NASA 視為一項“技術演示”,因此愿意接受更多風險,于是采用了民用的驍龍 801 處理器。

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此外,由于毅力號的任務對信息的收集和處理要求極高,需要捕捉圖像、分析特征,并以 30 赫茲的頻率從一幀到另一幀跟蹤它們。以往已經使用多年的商業級處理器已無法達到標準。而驍龍 801 的本質是一款手機處理器,而且它的主板非常小。它的功能遠比其他火星車上的處理器多得多,擁有更強大的計算力。

除了手機處理器,機智號還帶來了一個驚喜,將 Linux 帶上了火星。

這是人類第一次在火星上使用 Linux 飛行控制系統,據 NASA 介紹,機智號使用的軟件框架是JPL 為立方體衛星和儀器開發的,并在幾年前就開源了。也就是說,任何人都能使用這個在火星直升機上的軟件框架,并將它用在你自己的項目上。

將開源進行到底,火星無人機代碼已全部公開

F Prime 是火星無人機“機智號”的飛行軟件框架,目前已在 GitHub 上全部公開!

F Prime 是為機智號量身定制的一個組件驅動的框架,可以快速開發和部署太空飛行及其他嵌入式軟件應用程序。

那么,有了這些公開的代碼,我們是不是也能下載機智號同款代碼搞個火星無人機出來了呢?

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NASA 開源的 F Prime 提供了一個完整的開發生態系統,包括建模工具、測試工具和地面數據系統。開發人員使用建模工具編寫高級規范,自動使用 C ++ 生成實現,并使用特定領域的代碼填充實現??蚣芎痛a生成器提供 F Prime 部署所需的所有樣板代碼,包括用于線程管理的代碼,用于組件之間通信的代碼以及用于處理命令,遙測和參數的代碼。測試工具和地面數據系統簡化了在工作站和實驗室中的飛行硬件上的軟件測試。

此外,F Prime 還實現了以下幾個關鍵功能:

1.可重用性:基于組件的體系結構可實現高度的模塊化和軟件重用。

2.可移植性:F Prime 在從微控制器到多核計算機的多種處理器以及多種操作系統上運行,將其移植到新的操作系統非常簡單。

3.高性能:采用點對點架構,最大程度地減少了計算資源的使用,非常適合較小的處理器。

4.量身定制,可滿足小型任務所需的復雜程度,不僅易于使用,還能同時仍支持多種任務。

5.可分析性:類型化的端口連接為編譯時的正確性提供了有力的保證。

快速安裝指南

前提條件:

  • cmake
  • git
  • Python 3.5+ with pip

安裝這些實用程序后,即可安裝 F Prime Python 依賴項。在 Python 虛擬環境中安裝依賴項可以防止系統級問題,但是不需要在虛擬環境中進行安裝。

要快速安裝 F Prime,請輸入:

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太空冒險邁上新臺階,“移民火星”不是夢

毅力號將在火星完成一系列高度復雜的任務,為人類探索古代生物信息和火星土壤研究提供有力支持。隨著毅力號一起登陸火星的機智號也為人類的太空事業邁上了一個更高的臺階。

與此同時,中國的“天問一號”火星車也即將今年 5 月登陸火星。人類的太空冒險仍在繼續,也許“移民火星”在未來的某一天真的將不止是夢想,而真正照進現實。

參考鏈接:https://spectrum.ieee.org/aut...
https://www.futurezone.de/sci...
GitHub 地址:https://github.com/nasa/fprime

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