NASA“毅力号”的自动驾驶能力将在火星三角洲接受考验

据了解，在前进的道路上，“毅力号”会遇到沙坑、陨石坑和布满尖锐岩石的区域，探测器必须自己绕过这些地方。从2022年3月14日开始的3英里（5公里）的旅程结束后，“毅力号”将抵达Jezero环形山内的一个古老河流三角洲，那里曾有一个数十亿年前的湖泊。

这个三角洲是火星上寻找过去微观生命迹象的最佳地点之一。通过利用机械臂末端的钻头和腹部的复杂样本收集系统，“毅力号”正在收集岩芯以准备返回地球--这是“欧兴样本返回(Mars Sample Return)运动”的第一部分。

“毅力号”项目的科学家、加州理工学院的Ken Farley指出：“三角洲非常得重要，重要到我们实际上已经决定减少科学活动以专注于更快地到达那里。我们将在这个过程中拍摄大量三角洲的图像。我们离得越近，这些图像就会越令人印象深刻。”

而科考队将在这些图像中寻找他们最终想要更详细研究的岩石，他们将使用“毅力号”机械臂上的仪器。他们还将寻找漫游者攀登130英尺（40米）高的三角洲的最佳路线。

不过首先，“毅力号”需要达到目标。漫游者将依靠其自动驾驶的AutoNav系统来实现这一目标，该系统已经创造了令人印象深刻的距离纪录。虽然NASA所有的火星探测器都具备自动驾驶能力，但“毅力号”拥有迄今为止最先进的自动驾驶能力。

“在‘机遇号’这样的探测器上，自动驾驶过程需要几分钟，而在‘毅力号’上，自动驾驶过程只需不到一秒，”NASA南加州喷气推进实验室的资深探测器规划师和飞行软件开发者Mark Maimone说道，“因为现在的自动驾驶速度更快，所以我们可以比人类对每一次驾驶都编程时覆盖更多的区域。”

漫游者计划是如何运作的

在漫游者滚动之前，一个由移动规划专家组成的团队负责编写机器人探测器将执行的驾驶命令。指令通过NASA的深空网络(Deep Space Network)到达火星，之后“毅力号”传回数据以便规划者确认探测器的进展。完成一些计划需要几天的时间，如最近的一次航行，行程跨度约1673英尺（510米），其中包括数千个单独的漫游者指令。

有些驱动则需要更多的人力投入。AutoNav在有简单潜在危险的平坦地形上很有用，这些地形对漫游者来说很容易探测到并进行处理。

边行驶边思考

AutoNav则是之前为NASA“勇气号”、“机遇号”和“好奇号”探测器开发的自动驾驶工具的演变。不过它的不同之处在于“边行驶边思考”--允许“毅力号”在移动中拍摄和处理图像。然后探测器根据这些图像进行导航。

升级后的硬件使得“边行驶边思考”成为可能。更快的相机意味着“毅力号”可以以足够快的速度实时处理它的路线。跟前几代不同的是，“毅力号”增加了一台完全用于图像处理的计算机。这种计算机依赖于一种被称为现场可编程门阵列的单一用途、超高效微芯片，这种芯片对计算机视觉处理非常有用。

“在过去的漫游者中，自主意味着速度放慢，因为数据必须在一台计算机上处理。跟过去相比，这台额外的电脑速度快得惊人，专用于驾驶意味着你不必与超过100个其他任务共享计算资源，”Maimone说道。

当然，在自动驾驶汽车的驾驶过程中，人类并不是完全没有可能。他们仍利用NASA火星勘测轨道器等太空任务拍摄的图像来规划基本路线。然后他们标出“毅力号”要避开的障碍如潜在的沙坑。

另一个很大的区别是“毅力号”的空间感。

“好奇号”的自主导航计划将漫游者置于一个16英尺（5米）宽的安全气泡中。如果“好奇号”发现了相隔15英尺（4.5米）的两块岩石--这是一个很容易通过的缺口--那么它仍会停下来或绕过它们而不是冒险穿过。

但“毅力号”的气泡要小得多：探测器的六个轮子各有一个中心是一个虚拟盒子。由于火星最新的探测车对地形拥有更敏感的了解，所以它们可以自己绕过巨石。

Maimone说道：“我们第一次把Jezero陨石坑作为着陆点时，我们担心我们看到的密集的岩石区域分散在陨石坑底部。现在，我们能够绕过甚至跨越以前无法接近的岩石。”

虽然之前的漫游者任务沿着其路径探索的速度较慢，但AutoNav为科学团队提供了快速到达他们最优先考虑的地点的能力。这意味着该任务将更专注于其主要目标：找到科学家最终想要返回地球的样本。

关于这一任务的更多信息

“毅力号”火星任务的一个关键目标是天体生物学，其中包括寻找古代微生物生命的迹象。该火星车将负责描绘火星的地质和过去的气候特征、为人类探索这颗红色星球铺平道路并将成为收集和贮藏火星岩石和风化层的第一个任务。

随后，NASA和ESA将合作向火星发射航天器、从火星表面收集这些密封样品并将它们带回地球进行深入分析。

Mars 2020 Perseverance任务是NASA Moon to Mars探测方法的一部分，其中包括Artemis月球探测任务，这将有助于为人类探索这颗红色星球做准备。