美国国家航空航天局的“毅力号”漫游者将其抛向火星三角洲

2022年3月17日，也就是任务的第381个火星日，美国国家航空航天局的毅力号火星车回顾了它的车轮轨迹。

火星车的自动驾驶能力将于本月接受测试，它将开始一系列破纪录的冲刺，前往下一个采样地点。

美国国家航空航天局的“毅力号”火星车正试图在一个月内行驶比以往任何一辆火星车都要长的距离，它正在使用人工智能来实现这一目标。前方的道路上有沙坑、陨石坑和锋利的岩石，火星车将不得不独自导航。在2022年3月14日开始的3英里（5公里）旅程结束时，毅力号将抵达杰泽罗陨石坑内的一个古老的河流三角洲，那里数十亿年前就有一个湖泊。

这个三角洲是火星车寻找过去微观生命迹象的最佳位置之一。毅力号在其机械臂末端使用钻头，在其腹部使用复杂的样本收集系统，正在收集岩芯以返回地球——这是火星样本返回活动的第一部分。

毅力号的项目科学家、加州理工学院的Ken Farley说：“三角洲非常重要，我们实际上已经决定尽量减少科学活动，并专注于开车更快地到达那里。”“在那次驾驶过程中，我们将拍摄大量三角洲的图像。我们离得越近，这些图像就越令人印象深刻。”

美国国家航空航天局的“毅力号”火星车将按照本动画中所示的路线前往杰泽罗陨石坑的三角洲。三角洲是火星车在火星上寻找古代生命迹象时最重要的地点之一。

科学团队将在这些图像中搜索岩石，他们最终希望使用毅力号手臂上的仪器进行更详细的研究。他们还将寻找火星车攀登130英尺高（40米高）三角洲的最佳路线。

但首先，毅力需要达到目标。火星车将依靠其自动驾驶自动导航系统实现这一目标，该系统已经创下了令人印象深刻的距离记录。虽然美国国家航空航天局的所有火星车都具有自动驾驶能力，但毅力号是迄今为止最先进的。

领导此次任务的美国宇航局南加州喷气推进实验室的资深火星车规划师和飞行软件开发人员Mark Maimone说：“在像机遇号这样的火星车上，自动驾驶过程只需几分钟，在毅力号上不到一秒钟。”“因为自动驾驶现在更快了，我们可以覆盖比人类编程每一次驾驶更多的地面。”

罗孚规划工作原理

在火星车滚动之前，一个移动规划专家团队（毅力号有14名轮班人员）编写了机器人探险家将执行的驾驶命令。这些命令通过美国国家航空航天局的深空网络到达火星，毅力号发回数据，以便规划者确认火星车的进展。完成一些计划需要几天的时间，比如最近的一次行驶，跨度约1673英尺（510米），包括数千个单独的漫游者命令。

有些驱动器比其他驱动器需要更多的人工输入。AutoNav适用于在具有简单潜在危险的平坦地形上行驶，例如大型岩石和斜坡，这些危险对漫游者来说很容易检测和处理。

开车时思考

AutoNav反映了之前为NASA的Spirit、Opportunity和Curiosity漫游车开发的自动驾驶工具的演变。AutoNav的不同之处在于“边开车边思考”——让毅力号能够在行驶中拍摄和处理图像。然后漫游者根据这些图像进行导航。那块巨石离得太近了吗？它的肚子能清理那块石头吗？如果月球车的轮子打滑了怎么办？

升级后的硬件可以实现“边开车边思考”。更快的相机意味着“毅力号”可以足够快地拍摄图像，实时处理其路线。与前几代不同的是，毅力号增加了一台完全用于图像处理的计算机。该计算机依赖于一种称为现场可编程门阵列的单用途超高效微芯片，该芯片非常适合计算机视觉处理。

Maimone说：“在过去的漫游车上，自主性意味着速度减慢，因为数据必须在一台计算机上处理。”“与我们过去的电脑相比，这台额外的电脑速度快得惊人，拥有它专门用于驾驶意味着你不必与100多项其他任务共享计算资源。”

当然，在自动导航驾驶过程中，人类并没有完全脱离画面。他们仍然使用美国国家航空航天局火星勘测轨道飞行器等任务从太空拍摄的图像来规划基本路线。然后，他们标记障碍物，如毅力号需要避开的潜在沙坑，并绘制“禁止进入”和“保持在”区域，以帮助其导航。

另一大区别是毅力号的空间感。

“好奇号”的自主导航程序将火星车保持在16英尺（5米）宽的安全气泡中。如果“好奇号”发现两块相距15英尺（4.5米）的岩石——这是一个它可以很容易导航的缺口——它仍然会在它们周围停下来或旅行，而不是冒险穿过。

但“毅力号”的气泡要小得多：漫游者的六个轮子上都有一个虚拟盒子。火星最新的探测车对地形有着更敏感的了解，可以独自绕过巨石。

Maimone说：“当我们第一次将杰泽罗陨石坑视为着陆点时，我们担心的是散落在陨石坑底部的密集岩石场。”“现在我们可以绕过甚至跨过以前无法接近的岩石了。”

虽然之前的火星车任务在其路径上的探索速度较慢，但AutoNav为科学团队提供了快速到达他们最优先考虑的位置的能力。这意味着这次任务更加专注于其主要目标：寻找科学家最终想要返回地球的样本。

更多关于使命

毅力号火星任务的一个关键目标是天体生物学，包括寻找古代微生物生命的迹象。火星车将表征火星的地质和过去的气候，为人类探索这颗红色星球铺平道路，并成为第一次收集和储存火星岩石和风化层（破碎的岩石和灰尘）的任务。

美国国家航空航天局随后的任务将与欧空局（欧洲航天局）合作，派遣航天器前往火星，从火星表面收集这些密封样本，并将其返回地球进行深入分析。

火星2020毅力号任务是美国国家航空航天局月球到火星探测方法的一部分，其中包括阿尔忒弥斯登月任务，这将有助于为人类探索这颗红色星球做准备。

JPL由加州帕萨迪纳的加州理工学院为美国国家航空航天局管理，建造并管理毅力号火星车的运营。