机器人已经复制了人类在火星上的很多感官体验。照相机给了我们视线;机器人的手、手臂和脚提供了触觉;化学和矿物传感器让我们在火星上品尝和闻到味道。在这颗红色星球上,听觉是五种感官中的最后一种。

当“毅力”号抵达火星时,它将装有两个麦克风,这样一来,它不仅可以触摸和品尝火星的味道,还可以听到火星的声音。

的身体和大脑

毅力是汽车大小的——大约10英尺长(不包括手臂),9英尺宽,7英尺高。但它重2260磅,比一辆小汽车还轻。

漫游者的身体——温暖的电子箱(WEB)——是一个坚固的外层,保护着漫游者的计算机和电子设备(它们分别相当于漫游者的大脑和心脏)。漫游者的身体保护着它的重要器官,并控制着温度。

The WEB is closed on the top by the Rover Equipment Deck (the rover’s “back”), which turns Perseverance into a convertible, allowing a place for the rover mast and cameras to sit out in the Martian air, taking pictures with a clear view of the terrain as the rover travels. Its main job is to carry and protect the computer, electronic, and instrument systems.

车身的底部和侧面是底盘的框架——顶部是Rover设备甲板,底部是腹部平底锅。为了适应新的采样和缓存内部工作空间,在漫游者着陆后不久,腹部平底锅就被放下。这将工作区暴露在火星的大气中,并为该工作区中的样品处理操作提供了更多的空间。

与人类和大多数动物不同,漫游者的大脑——它的电脑——在它四四方方的身体里。实际上,人体内有两台完全相同的计算机,也就是Rover Compute Elements (RCEs),所以总有一个备用的大脑可以被唤醒来接管控制并继续执行任务。

RCE与恒心的工程功能通过两个网络进行接口,这两个网络遵循航空工业标准,专门为飞机和航天器的高可靠性要求而设计。此外,RCEs还有一个特殊的用途:直接与所有探测器仪器的接口进行命令和科学数据的交换。

就像人类的大脑一样,漫游者的电脑记录健康的迹象,比如温度和功率水平,以及其他使漫游者“存活”的功能。这个主控制回路不断地检查系统,以确保探测器在整个表面任务期间能够进行通信,并始终保持热稳定(不太热或太冷)。它定期检查温度,特别是探测器内部的温度,并相应地调整温度控制。然后,它记录整个火星sol(一个火星日)的发电和电力存储数据,以决定可以开始或完成哪些新活动。最后,它安排并准备与地球或当地火星轨道器的通信会议。拍摄照片、驾驶和操作仪器等活动都是在返回地球的飞行团队以命令序列向“毅力”传送的命令下进行的。

毅力会不断生成工程、管理和分析遥测和定期事件报告,一旦飞行团队请求漫游者提供信息,这些报告就会存储起来,以便最终传输。

流浪者的驾驶软件持续更大的独立性而不是好奇心。这允许坚持不懈地覆盖更多地面,而无需如此经常咨询地球上的控制器。此外,工程师向飞行软件添加了一个“简单的计划者”。这允许更有效和自主使用电力和其他流动资源。它允许流动站转移一些活动的时间,以利用日常运营计划中的开口。

漫游者的平衡和位置“神经”由一个惯性测量单元(IMU)提供,该单元提供关于其位置的三轴信息,使漫游者能够做出精确的垂直、水平和左右(偏航)运动。该装置用于漫游者导航,以支持安全穿越,并估计漫游者在火星表面经历的倾斜程度。

罗孚有1000万“乘客”

美国宇航局的“向火星发送你的名字”竞选活动邀请世界各地的人们提交他们的名字以乘坐伸展的毅力。约有10,932,295人确实如此。将名称用电子束印刷到三个指甲尺寸的硅芯片上,该硅芯片连接到坚持不懈的铝板上。这三个芯片在板上的空间分享了一个光激光蚀刻的图形,描绘了地球和火星被透光的星形连接到两者。贴在流动站的船尾横梁的中心,在坚持不懈的桅杆上的相机将可见。

胳膊和腿

工程师们还重新设计了“毅力”的轮子——它的“腿”——使之更加坚固,因为好奇号的车轮在尖锐的岩石上行驶时所经受的磨损和撕裂。“坚持不懈”的车轮比“好奇号”的要窄,但直径要大一些,由更厚的铝制成。

“毅力”有六个轮子,每个轮子都有独立的马达;两个前轮和两个后轮也有独立的转向电机。这种转向能力允许车辆在一个完全360度的地方转向。四轮转向还能让漫游者转弯和转弯,做出弧形转弯。

这张照片是2019年7月23日在加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室的航天器组装设施高湾1号拍摄的,展示了“毅力”号遥感桅杆头部的特写。桅杆头包含超级凸轮仪器(它的镜头是在一个大的圆形开口)。在桅杆下面的灰色盒子里有两台mast cam- z成像仪。在这些成像仪的外部是探测器的两个导航摄像机。(NASA /姓名)

“坚持”号使用了类似于之前火星漫游者所使用的“摇臂-转向架”悬挂系统。悬挂系统是车轮连接到漫游者的其他部分,并控制漫游者如何与行星表面相互作用。在火星崎岖不平的路面上行驶时,悬挂系统在每个车轮上保持相对恒定的重量。悬挂系统还能减少漫游者行驶时的倾斜,使其更稳定;毅力的设计是为了承受任何方向45度的倾斜而不倾覆。

以地球飞行器的标准来看,“毅力”是缓慢的。然而,以火星飞行器的标准来看,“毅力”是一个出色的表现。在平坦坚硬的地面上,月球车的最高速度为每秒4.2厘米,或每小时152米。这略小于0。1英里每小时。相比之下,3英里/小时的步行速度是134厘米/秒,或4828米/小时。然而,在探索火星的情况下,速度并不是最相关的质量。漫游者的节能步伐消耗不到200瓦,而一个200马力的汽车引擎消耗近15万瓦。

如图所示,美国宇航局的好奇号(左)和毅力号漫游者的铝轮子。直径稍大,较窄——20.7英寸(52.6厘米)比20英寸(50.8厘米)——“恒心”的车轮有两倍多的踏面,并且是平缓弯曲的,而不是人字形图案。(NASA /姓名)

毅力公司的7英尺长的机器人“手臂”可以像人的手臂一样移动:它有一个肩膀、肘部和手腕“关节”,以获得最大的灵活性。它的手臂可以让探测器像人类地质学家一样工作,用它的“手”或炮塔握住并使用科学工具。火星车自己的手工工具从岩石中提取岩心,拍摄显微图像,并分析火星岩石和土壤的元素组成和矿物组成。

“毅力”的新装备是一个用于从火星表面提取岩芯样本的旋转冲击钻机。一套可互换的钻头包括取心钻头、风化层钻头和磨刀器。探测车的钻头将穿透火星表面收集样本。取心和风化层钻头直接将样本采集到一个干净的样本采集管中,而磨刀钻头用于刮去岩石的顶层,露出新鲜的、未风化的表面进行研究。

将来,另一个空间任务可能会拿起约30个样品管,并将其带到地球上进行详细分析。在团队选择的时间和地点,样品将在MARS的表面上沉积在“样本缓存仓库”的表面上,该地标和轨道测量的坐标良好。火星样本的缓存仍然在仓库,可用于拾取和潜在返回地球。

eyes

“毅力”公司有几台照相机,主要用于工程和科学任务。有些作为探测器表面的“眼睛”,使其能够四处行驶。

用于驾驶的摄像头可以帮助地球上的人类操作员更精确地驾驶月球车,更好地对准靠近目标的手臂、钻头和其他工具的运动。更宽的视野可以让摄像头更好地观察到探测器本身。这对于检查探测车各部件的健康状况以及测量可能在探测车表面堆积的灰尘和沙粒数量的变化非常重要。新相机还可以在探测器移动时拍摄照片。

坚持不懈地携带六个新的危险检测相机(HAZCAMS) - 前面的四个,在流动站的后部上有两个。HazCams检测到漫游器的前后通道(如大型岩石,沟槽或沙丘)的危险。前刺激可以看到移动机器人手臂的位置,以进行测量,照片和收集岩石和土壤样品。在驾驶时,流动站经常停止,以采取新的立体声图像,以评估潜在的危险。

两组彩色立体导航摄像机(navcam)帮助工程师安全地导航“毅力”,特别是当它自主操作时,无需咨询地球上的控制器就能自己做出导航决定。

此图像在坚持不懈的情况下选择了23个摄像机。许多人都是在好奇漫游者上改进的摄像机版本,也有一些新的补充。(NASA /姓名)

这两套黑白立体声摄像机位于探测器桅杆的高处,可以从82英尺(25米)外看到一个高尔夫球那么小的物体。在“坚持不懈”“盲目驾驶”之前,导航摄像头最初会帮助确保道路安全。当工程师命令漫游者向某个方向行驶一定距离时,漫游者的计算机就会在不查看或检查车轮滑移的情况下计算出与车轮旋转的距离,这时就会出现盲目驾驶模式。

新的CacheCam是一个向下查看示例缓存顶部的单摄像头。它对样品材料和样品管拍照,因为他们正在准备密封和贮藏。这有助于科学家在获得样本时对其进行监视,并记录每个样本收集的整个过程。

声音和耳朵

为了沟通,坚持不懈有三个天线,它既可以作为其“声音”及其“耳朵”,位于流动站的背上。具有多个天线提供操作灵活性和备份选项,以防他们需要。最常见的是,毅力将使用其超高频(UHF)天线(约400兆赫)通过火星周围的美国国家航空航天局轨道沟通与地球通信。因为流动站和轨道器天线在彼此近距离,因此与由低增益和高增益天线提供的地球的远程电信相比,它们的行为类似于对讲。

对于无线电信号,它通常需要大约5到20分钟,以便根据行星位置行驶火星和地球之间的距离。使用轨道传递消息是有益的,因为它们比地球上的深空网(DSN)天线更接近坚持不懈。流动站可以在相对短的距离中继链接到轨道上的相对短距离中继链路上达到每秒最多2兆比特的数据速率。然后,轨道器使用它们的更大的天线和发射器来中继,将数据上的远程链路上的数据转回地球。

高增益天线是可操纵的,因此它可以将其无线电波束指向一个特定的方向。有一个可操控天线的好处是,整个探测器不需要改变位置来与地球通话,地球总是在火星的天空中移动。就像转动你的脖子和你旁边的人说话,而不是转动你的整个身体,毅力可以节省能量,通过移动天线使事情变得简单。

资源

在航天器后面

建造火星2020 rover

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本文首先出现在6月,2020个问题金宝搏官网杂志。

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