美国宇航局在火星漫游车上的自动驾驶毅力“夺得轮子”

毅力的第一个自动导航引擎： 毅力取决于左右导航摄像头。 此处显示的渲染图结合了漫游车第一次使用 AutoNav（自动导航功能）行驶期间的两个漫游相机的视角。 图片来源：NASA/JPL-加州理工学院

该机构最新的漫游车正在使用新改进的自动导航系统在火星周围巡航。

NASA 在火星上的最新六轮机器人 Perseverance Probe 开始了穿越火山口底部的史诗般的旅程，以寻找古代生命的迹象。 这意味着漫游者团队深入参与规划导航路线，制作要广播的指令，甚至戴着特殊的 3D 眼镜来帮助确定他们的路线。

但越来越多的漫游者将使用强大的自动导航系统自行驾驶。 这个被称为 AutoNav 的改进系统可以 3D 绘制您面前的地形，识别危险，并在没有地面控制器额外指导的情况下绘制绕过任何障碍物的路线。

“我们有一种叫做‘驾驶时思考’的能力，”位于南加州的 NASA 喷气推进实验室的首席工程师、漫游车规划师兼司机 Vandy Verma 说，“漫游车在车轮旋转时考虑自动驾驶。”

这种能力以及其他改进可能使 Tenacity 达到每小时 393 英尺（120 米）的最高速度； 它的前身“好奇号”配备了早期版本的 AutoNav，当它向东南方向攀登夏普山时，每小时可覆盖约 66 英尺（20 米）。

“我们已经将 AutoNav 加速了四到五次，”机动性负责人兼喷气推进实验室巡回规划团队的成员迈克尔麦克亨利说。 “我们在比好奇号显示的更短的时间内行驶得更远。”

随着 Perseverance 在 Jezero Crater 的基础上开始其第一次科学活动，AutoNav 将成为帮助完成工作的关键功能。

这个陨石坑是一个湖泊，数十亿年前，火星比今天更潮湿，而持久存在的目的地是陨石坑边缘的一个干涸的河流三角洲。 如果生命很早就在火星上定居，那么可能已经在那里发现了它的迹象。 漫游车将在 9 英里（15 公里）外收集样本，然后准备收集样本，以便在未来的任务中将它们带回地球进行分析。

“我们将能够更快地到达科学家们想去的地方，”詹妮弗·特罗斯珀说，她曾在美国宇航局的每个火星探测器上工作，并且是火星 2020 Perseverance 探测器项目经理。 “现在我们能够开车穿过这个更复杂的地形，而不是绕过它：这不是我们以前能够做到的。”

人为因素

当然，持久化不能单靠 AutoNav。 Rover 团队的参与对于规划和领导毅力之路仍然至关重要。 整个专业团队开发导航路线并规划漫游车活动，无论是在前往目的地的途中检查有趣的地质特征，还是很快进行采样。

第一个 Autonav Perseverance Engine 的计算机模拟： 该计算机模拟显示了 NASA 的 Persevering Mars 航天器在使用自动导航功能发出第一个命令时，它可以在没有地面工程师输入的情况下避开岩石和其他危险。 图片来源：NASA/JPL-加州理工学院

由于地球和火星之间的无线电信号延迟，他们根本无法使用操纵杆向前移动漫游车。 相反，他们扫描卫星图像，有时戴着那些 3D 眼镜来观察火星车附近的火星表面。 一旦团队停下来，他们就会将指令发送到火星，火星车在第二天执行这些指令。

毅力轮也进行了调整，以帮助提高这些计划的执行速度：除了直径略大于好奇号的轮子和窄外，每个轮子都有 48 个看起来像略带波浪线的部分，与好奇号的 24 条人字形图案的铲球不同。 目标是帮助提高牵引力和耐用性。

由于车轮磨损问题，好奇号无法使用 AutoNav，”Trosper 说。 “在任务早期，我们遇到了开始在轮子上戳洞的小而锋利的尖头巨石，而 AutoNav 没有避免这种情况。”

持久性较高的腹部间隙还使漫游车能够安全地翻越崎岖的地形——包括大小合适的巨石。 Perseverance 的增强型自动导航功能包括 ENav，即增强型导航，这是一种算法和软件的组合，可以更准确地检测风险。

与它的前辈不同，Perseverance 只能使用它的一台计算机来导航表面； 主计算机可以专注于许多其他保持车辆健康和活跃的任务。

这个视觉计算元素，或 VCE，在火星进入、下降和下降期间引导毅力到达火星表面。 现在它被全职用于绘制漫游者的旅程图，同时帮助它避免沿途出现的问题。

漫游车还使用一种称为“光学里程计”的系统跟踪它从一个地方移动到另一个地方的距离。 Perseverance 会在移动时定期拍照，并将一个位置与下一个位置进行比较，看看它是否移动了预期的距离。

团队成员表示，他们希望让 AutoNav “带头”。 但他们也愿意在需要时介入。

在火星上开车是什么感觉？ 规划师和司机说它永远不会变老。

“Jesero 令人难以置信，”Verma 说。 “这是罗孚司机的天堂。当你戴上 3D 眼镜时，你会看到更多的地形涟漪。有些日子，我只是盯着照片。”