毅力号火星车用它的导航摄像机拍摄到了这张俯瞰塞塔Séítah)地区的照片。7月5日机智号直升机在第九次飞行中飞越了该地区。
资料来源:NASA/JPL-Caltech

这一周,星直升机团队的忧虑加剧,因为我们为机智号准备了一次重的飞行挑战。这次飞行发生在太平洋时间7月5日星期一凌晨2点03分,我们上传了飞行指令,然后紧张地等待当天早上晚些时候从火星发回的结果。当我们得知机智号在完成跨越2051英尺(625米)挑战性地形的旅程后,地面控制室里的人都兴高采烈。

第9次飞行与之前的飞行不同。它打破了我们在飞行时间和巡航速度方面的记录,而且在两个机场之间的飞行距离几乎翻了四倍。但真正使这次飞行与众不同的是机智号在2分46秒的空中飞行中必须经过的地形——一个被称为塞塔的地区,用像毅力号火星车这样的地面交通工具很难通过。这次飞行也被明确地设计为具有科学价值,通过提供第一次近距离观察漫游者将在相当长一段时间内无法到达的主要科学目标。

这张地图显示了NASA的机智号直升机在7月5日第9次飞行期间的大致飞行路径。
图片来源:NASA/JPL-Caltech

睁着眼睛飞行

在之前的每一次飞行中,机智号都是从一个机场跳到另一个机场,飞越的是大致平坦的地形。在计划飞行时,我们甚至小心地避免飞越火山口。我们首先进入一个看起来像被严重侵的火口,然后沿着斜坡和起伏的地形继续下降,然后再次爬升,出现在西南方向的平坦平原上。

地地形的细节对于在空中飞行的车辆来说似乎很奇怪,因为它们很重要。原因与机智号的导航系统和它最初的设计有关:在一个精心选择的实验测试地点进行简短的技术演示。

当我们人类看地面的移动图像时,比如机智号的导航相机所拍摄的图像,我们马上就能很好地理解我们看到的是什么。我们看到岩石和波纹、阴影和纹理,地形的起伏也相对明显。然而,机智号并没有人类对其所看到的事物的感知和理解。它以个体的、匿名的特征(本质上是随时间移动的点)来看待世界,并试图解释这些点的移动。

为了让这项工作更轻松,我们给机智号的导航算法一些帮助:我们告诉它,这些特征都位于平坦的地面上。这就使算法不用再去计算地形高度的变化,而使其能够专注于仅通过直升机的运动来解释特征的运动。但是,如果我们试图飞越并非真正平坦的地形,就会出现复杂的情况。

地形高度的差异会导致特征以不同的速率在视野中移动,而机智号的导航算法仍然“假定”下方的地面是平坦的。它尽量通过直升机运动的变化来解释地物的移动,这可能会导致错误。最重要的是,它可能导致错误的估计航向,从而导致直升机向与预期不同的方向飞行。

为颠簸的飞行做准备

地面平坦的假设被纳入算法的设计中,我们在计划飞行时对此无能为力。我们能做的是预测由于这种假设而出现的问题,并在我们计划飞行的方式和我们给软件的参数方面尽可能地减少这些问题。

我们使用模拟工具,使我们能够在执行飞行之前详细研究飞行的可能结果。对于第9次飞行,飞行计划的一个关键调整是在我们进入火山口的关键时刻降低我们的速度。尽管这样做的代价是延长了飞行时间,但它有助于减少早期的航向错误,因为这些错误可能会发展成一个大的跨航迹位置错误。我们还调整了导航算法的一些细节参数,这些参数是我们在以前的飞行中至今没有接触过的。而且我们划出了一个比以前的飞行大得多的机场,半径为164英尺(50米)。我们最终在离该机场中心约154英尺(47米)的地方着陆

在接下来的一周,机智号将会发回毅力号的科学家们期待研究的彩色图像。在这些图片中捕捉到的岩石露头显示了杰泽罗陨石坑底部主要地质单元之间的接触。其中还包括一个被毅力号团队称为“凸起脊”的断裂系统,火星车的科学家希望访问这个系统,以调查那里是否可能保存着一个古老的地下栖息地。

最后,我们希望这些彩色图像能让我们更近距离地观察“Pilot Pinnacle”,这个地方有一些露头(岩石露出地面的部分),一些团队成员认为可能记录了古老的杰泽罗湖中一些最深的境。考虑到任务安排的紧凑,他们可能无法与火星车一起访问这些岩石,所以机智号可能会提供唯一的机会来详细研究这些沉积物。

参考来源:

https://mars.nasa.gov/technology/helicopter/status/314/flight-9-was-a-nail-biter-but-ingenuity-came-through-with-flying-colors/

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