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张国斌的专栏

    昨天,美国航天局“好奇”号火星车在经历恐怖7分钟后顺利在在火星的红色表面着陆。开创了人类探测火星的新篇章,这是人类迄今在其他星球登陆的最精密移动科学实验室,这里翻译Sebastian Anthony的文章,对好奇号全面解密。


    好奇号已经发来了火星的图片(如下图),未来,它的车载实验室会发来大量科学数据,“好奇”号相当于一个标准的野外地质学家,其能力足以令此前的任何火星着陆器相形见绌。以核燃料钚提供动力的“好奇”号在火星表面的连续行驶能力和机动能力都更强。“勇气”号、“机遇”号等使用太阳能电池板的火星车受制于火星季节变化,电池板提供的能量也有限,而“好奇”号利用放射性钚衰变产生的热量发电,足以为“好奇”号同时运转的诸多仪器提供充足能量。“好奇”号的核燃料电池设计寿命长达14年,也高于太阳能电池板。





好奇号的硬件


    好奇号采用的powerPC750内核处理器,当年的阿波罗登月舱也采用的是ppc处理器,它的Rover Compute Element包含两套相同的计算机系统,一个发生故障后另一个会自动配置接管,它包含256K EEPROM,256MB内存,2GB闪存,抗辐射处理器是BAE RAD750(1040万晶体管,核心频率 110到200 MHz),基于IBM的PowerPC 750设计,速度400MIPS。RAD750可以承受-55和70℃之间的温度以及1000gray的辐射水平。 



好奇号的软件


    在软件方面,NASA一直采用经过测试和成熟的方案,所以,所以有27年之久的vxwoks再次在好奇号上获得采用,vxwoks由风河公司开发,是在嵌入式领域大量使用的实时操作系统(RTOS),vxworks在宇航领域多次建功,1994年,VxWorks系统随克莱门汀月球探测器(Clementine Moon probe)一起发射升空。而接下来的火星探路者任务(Mars Pathfinder Mission)则让VxWorks成为首个登上火星的商用操作系统。除此之外,风河技术还被用于火星登陆器(Mars Exploration Rovers)以及星尘号宇宙飞船(Stardust spacecraft)。此外,vxworks还广泛应用于美军战斗机、阿帕奇直升机、各类无人驾驶飞机上。


    好奇号采用VxWorks系统完成被称为EDL(entry, decent, and landing,进入火星大气层、下降以及着陆)的复杂着陆过程。由于宇宙飞船安全着陆需要绝对的精确度,这一过程被称为“恐怖七分钟”。在火星上停留期间,好奇号将依靠VxWorks系统来执行关键任务,如地面作业控制、数据采集以及火星与地球间的通信中继。


仪器仪表


    好奇号就是一台有轮子的科学实验室,它有17台相机,全部配备1600×1200(200万像素)CCD传感器。我们最感兴趣的是MastCam,它可将高清晰度的火星景观以720p 10 fps视频真彩色传输。它还有手臂成像仪,是一个机械臂,可以采集火星土壤和岩石并提供显微图像。科学的角度来看,可能最重要的是ChemCam相机,它最远可向约9米外的火星岩石或土壤发射激光,使其表面薄层汽化,而后分析汽化后的成分。它包含一个可以确认受激原子类型的光谱仪和一个可以捕捉激光照射区域详细图像的望远镜,其激光器位于“好奇”号桅杆上。。好奇号还有火星手持透镜成像仪功能相当于一个超级放大镜,位于“好奇”号机械臂末端,可以拍摄火星表面岩石、土壤的详细图像,其精细度可以达到拍摄出一根头发丝的水平。这台仪器相当于科学家的一个高科技手持透镜,可以对准他们希望对准的任何地方。桅杆相机安装在“好奇”号主车身上方的桅杆上,由两个彩色相机组成,是“好奇”号的主要成像工具。它相当于“好奇”号的左、右眼,可以拍摄火星表面的三维图像。


 


    动态中子反照率探测器安装在“好奇”号主车身背部附近,用于寻找火星地下的水冰以及晶体结构中含有水分子的矿物。这台仪器可向火星地表发射中子束,然后记录中子束的散射速度。氢原子可以延缓中子的速度,如果大量中子速度迟缓,便说明地下可能存在水或者冰。这一由俄罗斯航天署提供的探测器能够发现火星地表下50厘米以内的氢原子。


通讯


    “好奇”号的核燃料电池设计寿命长达14年,这个核电池支持好奇号将数据从250万英里远的地方传回,好奇号利用X波段(8GHz)天线和UHF天线与地球直接联系或是通过多个火星探测船联系,NASA都会通过深空网(DSN)传递和发送信号。深太空通讯网由巨型天线群组成,分别设在美国加州、西班牙和澳洲。



NASA工作人员庆祝好奇号着陆成功

  • 阅读(41901)  |   评论(25)  |   推荐(120)
网友评论
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  • 匿名
  • 2012/8/29 15:47:09回复
  • 头像
  • 匿名看看
  • 2012/8/28 10:48:34回复
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  • 匿名支持
  • 2012/8/28 10:47:55回复
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  • 匿名顶顶
  • 2012/8/28 10:47:39回复
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  • 匿名写得太好了
  • 2012/8/28 10:47:23回复
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  • 匿名多多阅读一下
  • 2012/8/16 15:13:38回复
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  • 匿名欢迎文章转载分享
  • 2012/8/16 15:13:00回复
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  • 匿名文章很好
  • 2012/8/16 15:11:10回复
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  • 匿名每一个小小额零件都是至关重要额
  • 2012/8/16 15:10:04回复
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  • 匿名谢谢分享
  • 2012/8/15 10:16:44回复
  • 发表评论(已有25条评论)
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