毅力号自动驾驶依赖于左右两边的导航摄像头。此处看到的视图结合了火星车首次使用 AutoNav行驶——自动导航功能时两个摄像头的视角。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

NASA最新的火星车使用最新增强的自动导航系统在星上徒步旅行。

NASA在火星上的最新六轮机器人——毅力号火星车,正在开始一场穿越陨石坑底部史诗般的旅程,寻找古代生命迹象。这意味着火星车团队正深入参与规划导航路线,起草将被传送出去的指令,甚至戴上特殊的3D眼镜来帮助绘制路线。

但越来越多的情况下,火星车将使用一个强的自动导航系统,自行控制驱动。这款名为AutoNav的增强系统可以绘制出前方地形的3D地图,识别危险,并在不需要从地球上的控制器获取额外方向的情况下,规划绕过任何障碍物的路线。

“我们有一种叫做‘边开车边思考’的能力,”范迪·维尔马(Vandi Verma)说,他是位于南加州的NASA喷气推进实验室的高级工程师、探测器规划师和驾驶员。“在车轮转动的同时,也在思考自主驾驶的问题。”

范迪·维尔马是一名工程师,现在为NASA的毅力号火星车工作,图为好奇号火星车的司机。她所戴的特殊3D眼镜仍然被漫游车驾驶员用来轻松地探测漫游车可能需要避开的地形变化。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

这种能力,加上其他改进,可能毅力号达到每小时393英尺(120米)的最高速度;它的前身好奇号配备了一个较早版本的AutoNav,当它向东南方向攀登夏普山时,它的时速约为 66 英尺(20 米)。

“我们把AutoNav的速度提高了4到5倍,”机动领域负责人、喷气推进实验室探测器规划组成员迈克尔·麦克亨利(Michael McHenry)说。“我们用比好奇号少得多的时间开得更远。”

当毅力号在杰泽罗陨石坑的地面上开始其第一次科学活动时,AutoNav将在帮助完成这项工作方面发挥关键作用。

这个陨石坑曾经是一个湖,数十亿年前,火星比现在更湿润,而毅力号的目的地是陨石坑边缘干涸的河流三角洲。如果早期火星上曾经有生命存在,可能会在那里发现生命存在的迹象。火星车将在大约9英里(15公里)的范围内收集样本,然后为未来的任务收集样本做准备,并将它们带回地球进行分析。

“我们将能够更快地到达科学家们想去的地方,”詹妮弗·特罗斯珀(Jennifer Trospe)说。她参与了NASA的每一个火星车,也是火星2020毅力号火星车项目的负责人。“现在我们可以开车穿过这些更复杂的地形,而不是绕过它们。这是我们以前无法做到的。”

这个计算机模拟显示了NASA毅力号火星车在使用AutoNav功能进行第一次驾驶时的情况,该功能使得它可以避免岩石和其他危险,而无需从地球上的工程师那里获取信息。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

当然,毅力号不能仅靠AutoNav功能来完成。火星车团队的参与对于规划和驾驶毅力号的路线仍然至关重要。整个专家团队在规划火星车活动的同时,还制定了一条导航路线,无论是在前往目的地的途中检查一个有意义的地质特征,还是不久之后的取样。

由于地球和火星之间的无线电信号延迟,他们不能简单地用操纵杆推动火星车前进。相反,他们仔细观察卫星图像,有时还戴上那种3D眼镜来观察火星车附近的火星表面。一旦该团队签字,他们将指令发送到火星,火星车第二天就执行这些指令。

毅力号的轮子也进行了修改,以帮助这些计划的迅速执行。除了直径比好奇号的轮子略大、略窄之外,它们每个都有48个看起来像轻微波浪线的胎面,而好奇号只有24个人字形花纹。其目的是帮助提高火星车的牵引力和耐久性。

“由于车轮的磨损问题,好奇号无法进行AutoNav。”特罗珀说。“在任务的早期,我们遇到了小而尖锐的岩石开始在车轮上凿,我们的AutoNav没有避开这些。”

毅力号腹部的更高间隙也使得火星车能够在粗糙的地面上安全滚动,包括大石块。此外,毅力号的AutoNav功能还包括ENav(增强导航),这是一种算法和软件的组合,可以更精确地检测危险。

与它的前辈不同,毅力号可以使用一台电脑在地表上进行导航;它的主计算机可以致力于许多其他任务,以保持火星车的健康和活跃。

这个视觉计算元件,或称VCE,在2月份进入、下降和着陆期间引导毅力号到达火星表面。现在,它正被全职用于绘制火星车的旅程,同时帮助它避免沿途的麻烦。

火星车还使用一个称为“视觉测距”的系统来跟踪它从一个地方到另一个地方的移动距离。毅力号在移动过程中定期捕捉图像,将一个位置与另一个位置进行比较,以查看它是否移动了预期的距离。

团队成员说,他们期待着让AutoNav掌舵。但他们也准备在需要时进行干预。

那么在火星上开车是什么感觉呢?规划人员和司机说,这永远不会过时。

“杰泽罗太不可思议了,”维尔马说。这是漫游者的天堂。当你戴上3D眼镜,你会看到更多的起伏地形。有些时候,我只是盯着这些图像。”

参考来源:
https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-self-driving-perseverance-mars-rover-takes-the-wheel

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