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Perseverance 如何使用其地形导航系统登陆火星
2021年07月06日    阅读量:1655    新闻来源:行业资讯在线 houshionline.com  |  投稿

毅力号于 2 月登陆火星包括 20 秒令人伤脑筋的时间,因为漫游车通过降落伞下降到地面,并仅依靠地形相对导航 (TRN) 系统在 Jezero 陨石坑找到安全着陆点。

Perseverance 如何使用其地形导航系统登陆火星 行业资讯在线,houshionline.com

一切都很顺利,但 NASA JPL 的毅力任务工程师在此之前一直处于针锋相对的状态,其中包括领导 TRN 开发六年多的 Andrew Johnson 博士。


“你担心你做对了吗,”他在周二启动传感器创新周:夏季编辑的主旨采访中说道中国机械网okmao.com。(请参阅下面嵌入的完整视频采访。)“在着陆之前,正如预期的那样,我们所有人都非常紧张,几个月前。它的效果比我们想象的还要好。我们很高兴。”


Johnson 是 NASA JPL 的首席机器人系统工程师,他于 1997 年在卡内基梅隆大学获得机器人学博士学位后开始工作。


他深入介绍了 TRN 如何在火星上进行首次尝试。从来没有办法证明它在地球上的真实世界测试中完全有效,因为使用真正的火箭太昂贵了。


相反,工程师依靠数百次模拟来了解其惯性测量单元 (IMU) 以及专门制造的计算机和相机的性能。飞行员确实在加利福尼亚沙漠上空 2.6 英里处驾驶了一架真正的直升机——如此之高,他们需要氧气——来现场测试着陆器视觉系统在估计位置时的表现。


尽管一切顺利,约翰逊还是透露了一些有关 2 月 18 日登陆的见解,这些见解当时并未被广泛报道。


他解释说:“我们预计降落在着陆椭圆的中间,这是三角洲形成的悬崖旁边的一个非常平坦且良性的区域,但结果是风把我们吹向东南方向的降落伞。” TRN 系统选择了船上剩余燃料可以到达的最安全地点。


“最安全的地点……与预定目标相距甚远,完全没问题,而且在可接受范围内,”他说。但附近仍然有大而锋利的巨石。在它最后的安息之地,火星车停在一块有一些小石头的地方。


TRN 的工作方式是通过比较向下的摄像头看到的内容,在 FPGA 的帮助下以及专用计算机和 IMU 的处理下,在降落伞上每秒处理超过 20 秒的图像。这些地标图像将与之前由火星轨道飞行器拍摄的 Perseverance 号上存储在 NAND 上的地图上的地标进行比较。约翰逊播放了一部短片,展示了计算机如何将预先记录的表面图像与实时图像进行比较,并用蓝色和绿色方块标记主要着陆位置的匹配项。


科学家们事先就知道 Jezero 有“大量的危险,包括陡峭的悬崖、巨石场和无法摆脱的沙丘。一旦你知道自己在哪里,我们就必须建立一个系统来避免危险。”


所有这些着陆点的选择都是我的毅力自主完成的,因为从火星与地球的通信需要 11 分钟(因为火星距离地球 2.22 亿英里),而火星车从大气层顶部到达地面需要 7 分钟。“没有办法操纵操纵杆登陆火星,”他说。“所有这些都必须是自主的,并且必须第一次运行,因为我们从未在地球上真正测试过它。”


工程师之前已经加载了轨道飞行器拍摄的表面地图,这些地图显示了 20 公里乘 20 公里区域内的危险,以防万一像风这样的东西可能会迫使毅力偏离轨道。


TRN 在火星上的工作还没有完成。工程师已将 Perseverance 计算机重新用于漫游车桅杆上的摄像头的立体视觉,并将其输入到计算机中,以显示它在绕过危险时为自主导航移动了多远。TRN 帮助 Perseverance 以比之前在火星上的漫游者好奇号快三到五倍的速度到达目的地。


TRN 将用于未来的火星登陆任务,并可用于登陆月球、彗星或小行星。一个明显的应用是地球上的自主飞行无人机用于包裹递送,作为 GPS 坐标的备份。SpaceX 等商业公司正计划在没有 GPS 的情况下登陆月球,但准确着陆至关重要。


TRN 依赖于将实时图像与记录的地图进行比较,但在某些情况下没有地图。卡西尼号任务绘制了土星卫星泰坦的地图,蜻蜓无人机将在未来的任务中降落在那里,但这些地图不被认为是高分辨率的。木星卫星木卫二将被欧罗巴快船访问,它将围绕冰冷的卫星运行,以调查它是否有适合生命存在的条件。


Perseverance on Mars 的主要任务是驱车前往不同地点收集灰尘和岩石样本,最终将这些样本送回地球进行分析,以寻找火星上古老微生物生命的证据。这些未来的任务最早可能是 2026 年。


标签:今日头条机械应用技术中心机器人工业机器人系统及软件
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