大约在下周,NASA最新的火星车“毅力号”(Perseverance),将刷新一项纪录,成为迄今为止在地外天体上行驶里程最长的载具。
2024年10月11日,NASA“毅力号”火星车搭载的一台导航相机拍摄了这张图像,画面显示火星车在攀越耶泽罗撞击坑边缘时留下的车辙轨迹。
图源:NASA
这台车身大小相当于一辆汽车的火星车,于2021年2月登陆火星。它即将驶过45.16公里(约28.06英里)的总行驶里程,一举打破此前由服役多年的“机遇号”(Opportunity)火星车所保持的纪录,“机遇号”已于2018年与NASA失去联系,彻底“退役”。
那么,问题来了,“毅力号”登陆火星至今,服役时间仅为“机遇号”的三分之一,它究竟是如何创下这项新纪录的?
2024年10月11日,NASA“毅力号”火星车在攀爬耶泽罗撞击坑(Jezero Crater)坑壁途中,其导航相机拍下了车轮留下的行驶轨迹。(图源:NASA)
一辆真正“会自己开车”的火星车
“真正的核心使能技术,其实是它的自动导航系统,”NASA喷气推进实验室“毅力号”项目经理史蒂文·李(Steven Lee)在采访中表示。
和地球上的自动驾驶汽车颇为相似,“毅力号”配备了一套精密的车载相机系统,能够拍摄周围地形的图像,随后由车载计算机通过算法对这些图像进行处理,计算出最安全的行驶路线。当然,地球上的自动驾驶汽车拥有一些天然优势,比如清晰标注的地图、路牌、车道线等等。而火星上的“路况”同样暗藏不少危险,从巨大的岩石到松软的沙质斜坡,一应俱全。不过,至少“毅力号”不用应对其他车辆和“马路杀手”。
“好奇号”(Curiosity)火星车比“毅力号”早9年发射,两者在设计上颇为相似,堪称“姐妹车型”,也配备了类似的成像能力和算法。但李指出,“好奇号”的车载计算机整整落后了一代,其部分芯片组的设计甚至可以追溯到上世纪90年代。正因如此,由于处理能力过于迟缓,“好奇号”只有约10%的行驶里程是完全自主完成的。在火星上服役十余年间,“好奇号”的总行驶里程仅为38.6公里。
相比之下,得益于(略微)更新一代的“视觉计算单元”(Vision Compute Element),“毅力号”约90%的行驶里程都是自主完成的。这套系统能让车辆在车轮转动的同时,实时完成所有的环境感知和路径计算,当然,这并不意味着它跑得有多快,“毅力号”车轮的最高速度大约只有每小时150米。
尽管速度不快,但正因为“毅力号”几乎不需要长时间停下来,等待地球上操作人员发来的导航指令,这台车才得以将科学产出最大化。
一颗当之无愧的“科学明星”
“这项能力对科学研究本身的推动作用非常显著,”任务副首席科学家薇薇安·孙(Vivian Sun)表示,“倒不是说要贬低火星车的其他先进能力,但恰恰是‘自主行驶’这一项,让我们得以拥有比以往任务更广阔的探测范围。”
“毅力号”的自动驾驶能力,与它的任务定位可谓相得益彰。“好奇号”降落在盖尔撞击坑(Gale Crater),此后一直缓慢攀爬“夏普山”(Mount Sharp)。它的移动距离相对较少,更多时间用于在爬升过程中,系统性地开展精细测量。而“毅力号”降落在耶泽罗撞击坑,那里的科学考察目标分布更为分散。它得以从一个地点“巡航”至另一个地点,甚至常常比预定时间表更早抵达新的探测点,屡屡给科学家们带来惊喜。
这一点非常关键,因为要做的科研工作实在太多了。在耶泽罗撞击坑内,“毅力号”正在研究太阳系中一些最为古老的岩石,它们的年代甚至比地球上任何岩石都更为久远,最早可追溯至约40亿年前。彼时,火星正处于“后期重轰击”时代的末段,当时大量岩石碎片仍在太阳系内侧行星附近横冲直撞,但局面已开始逐渐趋于平静。
“这是我们第一次能够就地实地考察这片地形,这真的让人非常兴奋,”孙说道。
科学家们认为,在那个年代,火星表面很可能曾存在大型湖泊,甚至可能存在海洋。“毅力号”正是在探索这片古老的地形,试图更好地理解当时可能存在的地质和环境条件,以及这颗星球究竟在多大程度上,具备了孕育生命的可能性。有科学家推测,那时的火星或许有点类似地球上的莫哈韦沙漠(Mojave Desert),有水流经其间,不过这一观点目前仍存在争议。而“毅力号”所积累的大量数据,正为这场争论提供着越来越坚实的依据。
一路向前,永不停歇
在火星上服役近15年后,“好奇号”依然状态良好,而据“毅力号”操作团队透露,这台更新的火星车表现同样出色。“好奇号”在火星上工作数年后,操作团队曾发现其车轮出现了明显的磨损痕迹。因此在设计“毅力号”时,工程师们对车轮结构进行了重新设计,李表示,目前尚未发现任何明显的磨损迹象。
目前唯一需要留意的,是车轮内部的驱动机构。这些部件最初仅经过约20公里行驶里程的寿命测试,但NASA目前正在推进相关认证工作,目标是将其使用寿命认证提升至至少100公里,甚至可能更长。“毅力号”依靠放射性同位素热电发生器(RTG)供电,车上没有任何推进剂、消耗品或润滑油之类需要定期补充的物资。
正因如此,李表示,这台火星车完全有可能在未来许多年里,继续在火星表面自主驰骋下去。
参考
https://arstechnica.com/space/2026/08/the-first-self-driving-vehicle-on-mars-has-proven-to-be-a-smashing-success/
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