揭秘“好奇号”火星探测器的硬件、软件和相机等仪器

发布时间:2012-8-7 17:00    发布者:1770309616
关键词: 软件 , 火星探测器 , 好奇号” , 硬件 相机
北京时间8月6日13:31分,美国宇航局好奇号火星车在火星着陆,它将展开为期两年的任务,主要任务是探索火星过去或者现在的环境是否适宜生命存在。下面一起来了解一下好奇号的硬件、软件配置:硬件:2004年勇气号(Spirit, MER-A)和机遇号(Opportunity,MER-B)火星探测器着陆火星,它们配备了3MB EEPROM、128MB内存、256MB闪存。好奇号(Curiosity)有哪些变化呢?

好奇号的Rover Compute Element包含两套完全相同的计算系统,其中一套作为备用,当第一套计算系统出现故障时自动启用。这个新的计算系统采用256K EEPROM、256MB内存、2GB闪存,CPU为BAE RAD750(1040万晶体管,核心频率110到200 MHz),基于IBM的PowerPC 750设计而来,速度达到400 MIPS(勇气号和机遇号为35 MIPS),可以承受-55和70度气温变化以及1000gray的辐射水平。
4.jpg
RAD750

软件
在软件方面,NASA不敢冒险,采用的是一款成熟的、具有27年之久的VxWoks操作系统。VxWoks由 Wind River Systems(已被Intel收购)开发,是在大量嵌入式系统中采用的实时操作系统,之前的火星探测器(旅居者、勇气号、机遇号)、火星侦察轨道器、 SpaceX Dragon太空飞船采用的都是VxWorks。此外,VxWorks还广泛应用于BMW iDrive、美军战斗机、阿帕奇直升机、Apple Airport Extreme和Linksys WRT54G路由。

其实,说VxWorks已经27年之老有些过分,它于1985年发布,但是在进行持续开发,去年已经是6.9版本了。为什么好奇号要使用 VxWorks?因为它非常可靠,而且包含成熟的开发工具链,据推测,其底层调度和中断系统适用于处理EDL(进入、降落和着陆,即“恐怖七分钟”)这样的实时任务。

好奇号火星漫游车使用的是BAE制造的RAD750处理器,运行的是Wind River Systems开发的嵌入式实时操作系统VxWorks根据开发者的幻灯片介绍( havelund.pdf (7.4 MB) ),好奇号代码共250万行,程序语言是C,多是用Python脚本自动生成,

NASA JPL共有30名程序员参与开发,测试团队超过10人,超过一百万行代码是手写。程序包括150个独立模块,每个模块执行不同的功能,高度耦合的模块组合成组件。



3.jpg

好奇号更多配置:

仪器
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。MastCam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,它能向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。

安装在美国“好奇”号火星车上用于寻找水和水合矿物的俄罗斯中子反照率动态探测器(DAN)将在火星车登陆火星后,于本周四(8日)或周五(9日)首次开启。6日上午,去年11月发射升空的美国“好奇”号火星探测车在火星南半球的盖尔陨坑区域成功登陆,目前探测车已经传回首批地表图像。

8.jpg
    米特罗法诺夫说:“探测器将分两个阶段启用,首先会在本周四至周五在不启动中子发生器的情况下开启所谓的被动模式;第二阶段则是下周在启动中子发生器的情况下开启积极模式。”
  被问及火星探测车何时能够行动起来时,他说,一切都取决于对机载设备的检查情况。

  专家说:“如果一切如今天着陆一样顺利进行,预计火星车可于大约两周后行动起来。”


2.jpg
通讯
好奇号火星车的动力是由一台多任务放射性同位素热电发生器(MMRTG)提供的,这台设备由美国能源部提供。这台发电机本质上是一块核电池,它可以将热能转化为电能。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,好奇号可以直接通过X波段(8GHz)与地球的深空网(DSN)联系,也可以使用UHF(300MHz-3GHz)天线通过火星奥德赛号和火星勘测轨道飞行器与地球联络。
1.jpg
好奇号传回地球的Hazcams拍摄的火星图片
昨天美国NASA的“好奇号”探测器成功登陆火星,并传回了一些在火星拍摄的照片。不过真正令我们感到好奇的是,“好奇号”使用的是什么相机?现在NASA与我们分享了这一问题的答案。

7.jpg

火星科学实验室(MSL,又名“好奇号”)上装着两部相机。其中之一拥有一支34mm f/8镜头,可以覆盖15度视角场,CCD传感器分辨率1600×1200像素,拍摄照片分辨率1200×1200像素。另一台相机装有100mm f/10镜头,视角场5.1度,使用相同的传感器。

6.jpg

这两台相机均使用拜耳阵列CCD传感器,可以拍摄彩色照片。它们的滤镜经过调整,可以捕捉不同波长的光线。这两台相机还可以拍摄720p高清视频,360度全景照片,甚至使用两支镜头拍摄3D图像。

5.jpg

因为文件数据量太大——约8GB,“好奇号”拍摄的照片不会立即传回地面,而是先以缩略图的形式回传。

将利用携带的10种科学武器探索这颗红色星球过去及现在是否存在适宜生命存在的环境。以下是“好奇”号装备情况介绍。
桅杆相机

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。

化学与摄像机仪

化学与摄像机仪最远可向约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。

阿尔法粒子X射线光谱仪

阿尔法粒子X射线光谱仪安装在“好奇”号机械臂末端,负责测量火星岩石和泥土中不同化学元素的丰度。这一仪器与样本接触后,能发射X射线和氦核,将样本元素中的电子轰出原子核轨道,进而产生X射线。根据放射出的X射线特征,科学家能够确定遭轰击元素的类型。

火星手持透镜成像仪

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。

化学与矿物学分析仪

化学与矿物学分析仪可通过X射线衍射分析“好奇”号机械臂搜集的粉末状岩石和土壤样本,确定其中的矿物晶体结构。X射线衍射是地质学家在地球上常用的重要分析技术,但在火星上还从未使用过。

火星样本分析仪

火星样本分析仪是“好奇”号的心脏,重约38公斤,约占“好奇”号科学仪器总重量的一半。它由3个独立的仪器构成:质谱仪、气相色谱仪和激光光谱仪。这些仪器负责搜寻构成生命的要素——碳化合物。它们还将搜寻与地球上生命有关的氢、氧和氮等元素,评估某些元素不同同位素的比例,寻找行星变化的线索。

火星车环境监测站

火星车环境监测站安装在“好奇”号桅杆中部,负责测量火星气候的日常和季节性变化。它能够评估火星表面风速、风向、气压、相对湿度、地面温度、紫外线辐射程度等。这一设备是由西班牙提供给美国航天局的。

辐射评估探测器

辐射评估探测器用于准备未来的火星探索任务。它能监测来自太阳的高能原子和亚原子粒子,评估火星表面的辐射环境及其对未来登陆火星宇航员的危害。这些信息对未来的载人火星探索以及评估火星是否具有适于生命存在的环境都很重要。

动态中子反照率探测器

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。

火星降落成像仪

火星降落成像仪是一台小型摄影机,安装在“好奇”号主车身上,负责拍摄“好奇”号着陆过程的影像,并为科学家提供盖尔陨坑的地质信息。
文/驱动之家

有关:“好奇号”火星探测器采用西门子PLM Software

 8月5日,“好奇号”火星探测器成功登录火星。在“好奇号”开发过程中,NASA全程使用了SiemensPLM提供的产品生命周期管理软件进行数字化设计、模拟和虚拟组装。
2.jpg
  “好奇号”火星探测器在太空船中以7万英里的时速飞行了8个多月后,于2012年8月5日以1.3万英里的时速进入火星大气层,并减速至每小时2英里以下。在距离火星表明仅21英尺的上方盘旋时,承载“好奇号”的太空舱将火星探测器降落至一个升降装置上,由后者辅助探测器轻缓着落,无需来自地球的任何帮助。成功与否,仅此一次机会。为此,美国国家航空航天局(NASA)的喷气推进实验室(JPL)做了数百次的仿真作业,为诸多不确定条件做好充分准备——有些条件在地球上是无法模拟的。这些工作不仅需要全国众多科学家与工程师的协力合作,同时对硬件条件也有一定的要求。综合考虑各种因素,NASA最终决定与西门子PLM合作。在此前召开的联合记者会上,美国国家航空航天局(NASA)火星探测计划项目主管DougMcCuistion与西门子股份公司工业业务领域首席执行官鲁思沃博士(SiegfriedRusswurm)还共同探讨了即将到来的太空探索新时代以及NASA工程师和西门子软件技术在实现未来太空探索中发挥的重要作用。
   1.jpg
应用西门子PLM软件设计火星探测器
  NASA在本次开发过程中,采取了SiemensPLMSoftware提供的解决方案。JPL实施了NX软件,作为端对端机械设计平台。NX为JPL提供了一个将CAD/CAM/CAE(计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程)完全集成的系统——用于开发探测器的机械部分。此外,JPL还利用Teamcenter软件为整个数字化生命周期的结构化产品与过程信息管理提供单一源。

本文地址:https://www.eechina.com/thread-95140-1-1.html     【打印本页】

本站部分文章为转载或网友发布,目的在于传递和分享信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责;文章版权归原作者及原出处所有,如涉及作品内容、版权和其它问题,我们将根据著作权人的要求,第一时间更正或删除。
1770309616 发表于 2012-8-7 23:56:19
好象积分跟以前不一样了……
1770309616 发表于 2012-8-7 23:56:52
好象积分跟以前不一样了……
hyfly 发表于 2012-8-8 14:59:48
学习了,谢谢!
Danvaw 发表于 2012-8-13 17:03:32
老美太厉害了,不服不行啊
Danvaw 发表于 2012-8-13 17:04:04
Danvaw 发表于 2012-8-13 17:03
老美太厉害了,不服不行啊


老美太厉害了,不服不行啊
lfy129977 发表于 2012-8-9 16:33:28
高科技!
alex.hu 发表于 2012-8-14 12:11:05
学习学习
berger008 发表于 2012-8-11 11:21:28
POWER PC 是IBM的?
bone_collector 发表于 2012-8-11 19:21:27
看了好几个地方了,eechina介绍得最详细!
td578zz 发表于 2012-8-13 14:51:42
介绍的比较全面,学习了。
yiltoncent 发表于 2012-8-15 20:59:40
真是不错
您需要登录后才可以发表评论 登录 | 立即注册

厂商推荐

相关视频

关于我们  -  服务条款  -  使用指南  -  站点地图  -  友情链接  -  联系我们
电子工程网 © 版权所有   京ICP备16069177号 | 京公网安备11010502021702
快速回复 返回顶部 返回列表