高通與NASA合作開發:火星直升機“機智號”將完成人類首度火星飛行

      發佈時間:2021-04-02發佈部門:

      3月29日消息,移動處理器大廠高通(Qualcomm) 日前宣佈,上個月成功登陸火星的NASA毅力號(Perseverance)火星探測器所搭載的火星直升機機智號(Ingenuity) 的技術與解決方案是由高通與美國太空總署噴射推進實驗室(NASA Jet Propulsion Labs, JPL) 共同完成的,而這將是人類首度於其他行星進行動力飛行。根據NASA公佈的信息顯示,“機智”號直升機將於4月初完成在火星上的首次飛行。



      高通指出,火星直升機計劃自2014 年開始啓動,計劃目的在於由噴射推進實驗室示範技術,展示自動駕駛飛機如何應用於太空探索、研究與資料收集,並作爲未來任務與設計參考。團隊必須將所有技術細節列入考量,包括負責操作直升機的處理器等。當噴射推進實驗室與高通聯繫,並討論藉由高通技術公司的產品進行測試並拓展機智號自動飛行的能力時,而高通對於能共同實現該團隊的願景深感興奮。

      高通強調,嚴峻的太空環境對於操作火星直升機帶來各種獨特的挑戰。而高通的飛行平臺(Qualcomm Flight Platform) 具備了因應這些挑戰的能力。

      最主要的困難是直升機的操作。由於訊號會有數分鐘的延遲,通過遙控進行實時操控直升機實是不可能的。因爲,直升機需要接收百萬公裏之外從地球發出的指令,這也使得延遲時間可能長達3 至22 分鐘。所需直升機需要有彈性的自動控制的能力。

      同時,由於加熱器在火星夜間爲元件保溫消耗了直升機大部分的功耗,確保處理自動操作的系統具備高度的運算能力並同時保持低功耗也是一項巨大挑戰。

      除了彈性的自動控制功能,噴射推進實驗室亦須考慮火星輻射與大氣環境的影響,才能選擇合適的機器人平臺。因爲極端的氣溫及溫度,會讓零件快速耗損。此外,部分形式的太空幅射也會逐漸或突然破壞芯片。所以需要縝密的測試與太空防護。

      經噴射推進實驗室分析,認爲高通飛行技術平臺可降低錯誤的風險,並能夠符合在其他行星首次飛行所需的功能。

      據瞭解,高通飛行平臺是以自動駕駛飛機爲目的,從無到有打造而成。該平臺聚焦於通常專爲消費者無人機技術所需的技術,例如4K 超高解析攝影、異質移動運算、視覺慣性測距導航與飛行輔助等,全都納入極小且耐受度高的套件中。噴射推進實驗室在考慮遠距操作火星直升機可能面臨的限制、以及直升機運算所需的複雜演算法時,即想到這些功能。火星直升機的自動飛行功能至關重要,能在探測車無法輕易抵達的區域導航,開啓火星探索的全新可能,取得高解析度圖像,且能在更短時間內探索更大的區域。

      高通強調,此項計劃也爲高通帶來了獨特的機會,測試搭載其飛行平臺的機智號在極端環境中的表現。測試結果將令團隊學到許多寶貴知識,能用於未來任務中。舉例而言,高通能爲噴射推進實驗室量化零件暴露於輻射中的劣化程度,協助噴射推進實驗室建立風險模型。這使噴射推進實驗室得以決定未來是否執行特定飛行任務。除了用於機智號的自動飛行功能,高通飛行平臺亦用於火星探測車“毅力號”的通訊系統中。“毅力號”搭載高通飛行平臺的運算能力可處理直升機所拍攝的影像。這使機智號與毅力號能協作,儘可能拍攝最佳影像,傳回至噴射推進實驗室位在地球的團隊。

      高通進一步指出,與噴射推進實驗室合作研發火星直升機的成果,對高通而言既是令人興奮的榮譽,也證明瞭科技公司與終端消費者共同合作,能夠成就無限可能。此項計劃可望形塑未來利用商用科技與研究來推展太空探索技術,也有助推動高通技術公司機器人技術的進一步創新。預計,自從高通飛行平臺問世之後,未來也將推出其他高通機器人平臺。



      關於機智號火星直升機


      這架直升機重僅爲1.8公斤,高0.5米,螺旋槳直徑1.2米,由兩個反向旋轉的螺旋槳提供升力,功率350瓦。


      雖然火星的表面引力只有地球的三分之一,從這點看有利於飛行器飛行,但是火星的氣壓只有地球氣壓的1%,空氣非常稀薄,因此要求螺旋槳轉動更加快速才行。小機靈直升機螺旋槳旋轉角速度可達2400轉每分鐘。水平移動的速度爲10米每秒,爬升速度爲3米每秒。

      這架小直升機靠頂部的太陽能板進行充電,電能儲存在鋰離子電池中。充電一天,大概能夠飛行90秒!安裝有一個彩色相機和一個黑白相機。

      這架直升機無法直接和地球聯絡,要通過毅力號進行信息接力傳輸,因此,不能飛離毅力號太遠,最遠航程僅300米,最遠通訊距離爲1公裏。

      其實,本次火星直升機項目主要是爲了進行技術驗證,並沒有賦予太多任務使命。火星直升機比軌道上的人造衛星分辨率更高,而且比火星車更加靈活,機動性更強。一旦飛行成功,將爲未來火星探測增加了全新的方式。





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