На каком ПО летают на Марсе?

МЕНЮ


Главная страница
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту
Архив новостей

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


18 февраля состоялось историческое событие, NASA успешно посадило ровер Perseverance (в переводе на русский — «Настойчивость») на Марс. Казалось бы, ничего необычного? NASA проделывало это уже не раз в поиске ответа на вечный вопрос: есть ли жизнь на Марсе?

Но в этот раз вместе с ровером на красную планету приземлился вертолет Ingenuity («Находчивость»). В первый раз такая машина поднимется в воздух на другой планете. Единственная цель полёта — продемонстрировать саму его возможность, никакой другой научной задачи он не несёт.

Ingenuity

Полёт должен произойти уже сегодня, 19 апреля. Посмотреть прямую трансляцию запуска можно будет на канале NASA. Подробнее можно посмотреть здесь. Скорее всего, полноценное видео самого полёта мы увидим гораздо позже из-за узкого канала передачи данных.

Не все уверены в успехе полёта. Например писатель-фантаст Сергей Лукьяненко сомневается, что на Марсе в принципе можно летать, используя подъёмную силу крыла. Дело в том, что на этой планете чрезвычайно разреженная атмосфера, но, с другой стороны, и сила тяжести намного меньше, чем на Земле. Но обо всем по порядку.

Mars Helicopter Ingenuity

Mars Helicopter

Железо

Корпус вертолёта размером с коробку с салфетками держится на четырёх тонких ножках. Над корпусом возвышаются пара лопастей длиной 1,2 м из углеродного волокна. Солнечная панель, установленная на роторе, подзаряжает аккумулятор вертолёта между полетами. Он весит всего 1,8 кг и, если всё пойдёт по плану, станет первым воздушным аппаратом, который полетит на Марсе.

Ingenuity предстоит преодолеть множество трудностей: низкие температуры, разреженная атмосфера, задержка связи с Землёй в десятки минут. Последнее означает, что ни о каком управление в реальном времени не может идти и речи.

Благодаря демонстрационной задаче сотрудники лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL) смогли применить нестандартные для NASA решения. Речь идёт о коммерческих деталях и опенсорсном ПО. Например, в Ingenuity использовали два процессора Snapdragon 801 производства Qualcomm. По иронии судьбы, поскольку это относительно современная технология, она намного мощнее процессоров, установленных на марсоходе. Эта дополнительная мощность действительно нужна для автономного полёта в марсианской атмосфере. Система контроля работает на чипе с частотой 500 Гц, а второй, на 30 Гц, нужен для фотографирования и анализа снимков во время полёта.

Для роторной системы используют автомобильный микроконтроллер Texas Instruments. Помимо самого вертолёта, система полёта включает в себя базовую станцию, установленную на марсоходе, для управления связью с вертолётом. Базовая станция и вертолёт используют один и тот же процессор Qualcomm, что позволяет им использовать общую авионику и программное обеспечение. Вертолет несёт коммерческое радио ZigBee для связи с базовой станцией.

Ещё из коммерческих деталей: гиростабилизатор для мобильных телефонов (IMU), лазерный высотомер (от SparkFun), направленная вниз VGA-камера для навигации и 13-мегапиксельная цветная камера для красивых снимков — такая же, как в смартфонах.

Полёт будет проходить по заранее определенному маршруту на основе отмеченных координат, то есть он не будет автономным на 100%, и «мозгу» вертолёта не придется принимать высокоуровневые решения.

Софт

Впервые в атмосферу Марса запустят не только вертолёт, но и бесплатную операционную систему с открытым исходным кодом. Это не первый раз, когда NASA использует Linux, для которой в JPL разработали целый фреймворк для мини-спутников формата кубсат под названием F` (F Prime). Это бесплатный фреймворк на C++ и Python с открытым исходным кодом, созданный для маломасштабных систем. Исходный код открыт и доступен на Github. То есть энтузиасты смогут воспользоваться свободным ПО, на котором летает марсианский вертолёт, и даже попытаться собрать аналог сами, ведь многие детали находятся в свободной продаже.

В чём преимущества фреймворка

Не нужно каждый раз писать новый полётный софт для каждой миссии. F` адаптирован для небольших миссий, прост в использовании и поддерживает широкий круг задач. Кроме того, он уже содержит стандартную библиотеку лётных компонентов, инструменты для проектирования систем и автоматической генерации кода из системного дизайна.

Это самодостаточная экосистема, которая включает инструменты моделирования, тестирования и поддержку наземной системы контроля. F` работает на широком спектре процессоров, начиная с микроконтроллеров и заканчивая многоядерными компьютерами. Поддерживает Linux и Mac OS X. Перенос F` на новую операционную систему в случае необходимости тоже прост.

Архитектура F`

Архитектура F` основана на следующих концепциях: компоненты, порты и топологии.

Компоненты

Каждое приложение F` состоит из компонентов. Компонент — это класс в объектно-ориентированном языке: он определяет набор данных и операций по данным. Компоненты выполняют программную логику системы и обычно содержат интерфейсы портов, которые позволяют им взаимодействовать с другими компонентами. Компоненты дополнительно могут определять команды, события, каналы и параметры, которые определяют стандартные шаблоны данных в F?.

Порты

Порт: порт представляет собой соединение между Компонентами. Они действуют как каналы связи в F?. Это позволяет компонентам взаимодействовать друг с другом. Набор портов действует как определенный интерфейс для компонента.

Топологии и развертывания

Топология: топология представляет собой полную систему F?. Это набор компонентов и связей между этими компонентами. Топология определяет всю систему и все каналы связи.

Развёртывание — это единственный экземпляр F?. Хотя один проект F? может предполагать несколько развёртываний, развёртывание представляет собой одну сборку, один исполняемый файл. Модульность архитектуры F` позволила существенно разделить код во всех поколениях вертолёта, на этапе его создания, и между вертолётом и базовой станцией.

Когда приложение F` запускается, оно создаёт экземпляры используемых компонентов. Это действие аналогично созданию экземпляров класса в программах на C++. В экземплярах компонентов выполняются локальные вычисления и передаются данные через вызовы от одного экземпляра компонента к другому.

Кроме того, в числе основополагающих терминов устройства F` есть каналы, команды, события и т.д. Полный гайд по установке и использованию фреймворка можно найти на сайте NASA.

Где еще используют F`

RapidScat

RapidScat на МКС

RapidScat был прибором, установленным на модуле Columbus Международной космической станции, который измерял скорость ветра в атмосфере планеты в 2014-2016 годах.

Lunar Flashlight (старт — ноябрь 2021 года)

Lunar Flashlight сканирует лунные кратеры

Бюджетный спутник Луны формата кубсат, который будет искать на поверхности залежи воды. Эту воду планируется использовать в последующих миссиях, в том числе пилотируемых.

NEA Scout Cubesats (старт — ноябрь 2021 года)

Near-Earth Asteroid Scout возле астероида

Near-Earth Asteroid Scout — это планируемая миссия NASA по обнаружению околоземных астероидов с помощью недорогого управляемого космического аппарата в формате кубсат на солнечном парусе.

Важность и ценность миссии Ingenuity — показать, что полёт на Марс возможен, и собрать данные, которые позволят следующему поколению марсианских винтокрылых аппаратов делать более амбициозные и захватывающие вещи.

Список использованных материалов:

https://spectrum.ieee.org/automaton/aerospace/robotic-exploration/nasa-designed-perseverance-helicopter-rover-fly-autonomously-mars, https://trs.jpl.nasa.gov/bitstream/handle/2014/48425/CL%2318-2993.pdf?sequence=1&isAllowed=y, https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/overview/, https://nasa.github.io/fprime/Tutorials/GettingStarted/Tutorial.html, https://mars.nasa.gov/technology/helicopter/


Источник: m.vk.com

Комментарии: