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今年2月下旬,毅力號火星探測器成功著陸火星,它還順便稍上了人類的第一臺火星直升機。

在火星起飛可不是一件容易的事情,火星表面的重力大約只有地球的1/3(38%),這看起來似乎很容易起飛。但還有一點需要注意,火星大氣的密度只有地球的1%。同時,出於機身結構安全的考慮,直升機螺旋槳的轉速不宜超過音速,如果葉片的自旋末梢速度超過音速,將會引發強烈的顫振。

機智號無人機全重1.8公斤,高0.5米。採用頂部安裝兩對碳纖維螺旋槳來提供動力,直徑1.2米,設計轉速可達每分鐘2400轉,功率350瓦。

高通驍龍801移動平臺與機智號直升機

驍龍801 SoC是一顆老處理器了,之前被用在小米4等安卓手機上。

驍龍801處理器基於28nm工藝打造(目前最新:5nm),採用高通自研的Krait 400 CPU(ARM V7指令集,目前最新:V8)和Adreno 330 GPU,CPU最高主頻為2.5GHz。不同於現在高通處理器所使用的基於ARM A系列處理器的Kryo核心,Krait核心為高通自研,這也許是NASA不選擇高通其它處理器的原因之一。

在儲存方面,支援LPDDR3和eMMC 5.0。(目前最新,LPDDR5和UFS3.1/華為SFS1.0)

整合高通9X25調變解調器,支援最快150Mbps下行速率的Cat4標準LTE制式網路。(這在4G基帶裡面也算慢的了)

……以上,這驍龍801處理器的基本引數。

但驍龍801 SoC的算力對於航天器來說已經非常夠用了,單純論效能的話,驍龍801處理器比毅力號上的專業航天處理器高了幾個量級,但需要注意的是,驍龍801 SoC屬於通用處理器,當航天器執行一些指令時,還是專業航天處理器的效率更高。

在機智號直升機上,NASA的做法有點像是Space X——用民用級晶片代替昂貴的航天級晶片,這可以為團隊節省數倍的採購成本。

Space X航天器上的晶片產品要比NASA便宜N倍。Space X的計算機大部分採用了成本較低的“抗輻射容錯”設計,而不是昂貴的“抗輻射加固”設計,一個獵鷹火箭擁有三臺飛行控制電腦,每個電腦有兩個處理器,當一臺計算機的兩個處理器運算結果不一致時,整套計算系統就會忽略這臺計算機的結果。因此,只要有一個計算機能正常執行,獵鷹火箭就能正常工作。

航天級處理器的執行需要“穩”而不是“快”,和手機相比,航天器所面臨的環境會更極端,比如極端的溫差、太空輻射、高能粒子的撞擊……如果航天器的計算機出問題了,那麼往往是因為外部環境所致,而不是執行負載過高。

同時,晶片的穩定性和效能不成正比,航天級晶片和民用級晶片在效能引數上最直觀的差距就是,航天級晶片的主頻更低,驍龍801處理器2.5GHz的主頻在手機中算是中端水平,但在航天級處理器中這是遙不可及的主頻。

我國的玉兔二號月球車的 CPU 頻率只有 100 MHz,記憶體也只有 256 MB。

普通的民用級晶片是無法在太空中長期、穩定工作的。

高通表示,機智號直升機上的驍龍801處理器沒有經過強化加固

高通業務拓展高階總監兼自動機器人、無人機和智慧電器負責人DevSingh在接受外媒FierceElectronics採訪時表示:“令人出乎意料的是,機智號上的驍龍處理器本身並沒有進行強化加固,儘管NASA噴氣推進實驗室(NASAJPL)已對處理器進行了包圍保護,以避免受到火星低氣壓和低寒的影響。”

機智號火星車採用很多民用產品。

除了驍龍801處理器,機智號無人機所使用的導航裝置,包括慣性測量單元IMU、鐳射測距儀等等裝置,都是透過電商平臺SparkFun購買的,而且它們都是普通民用級硬體。

也許是由於機智號本身是實驗驗證性質的,而且這些民用產品的“理論成績”達標,所以NASA這次願意承擔一些風險,特別允許專案組在市場上採購民用產品。

這些民用產品的成本要比航天級產品低的多。

機智號直升機有很多試驗性的嘗試,至於它能不能在火星正常工作?恐怕NASA這時也不敢給出肯定的答覆。

目前機智號直升機狀態良好

目前NASA噴氣推進實驗室的任務負責人已收到機智號火星直升機的第一份狀態報告,該報告的資料反映了機智號電池的充電狀態、基站執行狀態,和加熱器開關等都符合設計。

基站:漫遊車上一個確保直升機與地球之間的通訊連線的裝置。

連線:透過探測器和直升機上搭載的900MHz SiFlex晶片組,建立Zigbee無線電鏈路。

訊號傳輸:機智號直升機→毅力號巡視器→火星軌道上的衛星→地球

報告顯示直升機和其基站目前均工作正常。

經過一小時的充電將使直升機的電池達到其總量的約30%。 此後幾天,系統將再次對它們充電,達到35%的水平。

NASA計劃在直升機固定在漫遊車階段每週對其充電一次。下一次充電資料報告將與這次的報告進行比較,以幫助團隊制定最優的充電策略。

如果機智號能夠在最低溫度達到零下90攝氏度的第一個火星夜中倖存,那麼它將進行首次飛行任務。

毅力號將機智號直升機下放到地面後,將具有30火星日(31地球日)的實驗飛行測試視窗。

如果“機智”號在首次飛行中能夠成功起飛和懸停,就已經實現了該專案90%的目標。如果直升機成功著陸並仍能工作,則最多可以嘗試進行四次飛行。每次飛行都以上一次飛行成功為基礎。

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