戴上放大镜看 “好奇号”

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2012-08-08 15:30

8 月 6 日,经过八个月的飞行 “好奇号” 终于登陆火星,它将在那里待一年的时间,采集火星土壤样本和岩心,对火星过去和现在的有机化合物和环境条件进行分析。

到底 “好奇号” 是一个怎么样的火星探测车呢?ExtremeTech 带来了一篇详细解析:

“好奇号” 长宽高为 3 x 2.8 x 2.1 米,重量 899 千克,对于火星探测车而言,它的身材可谓 “重量级选手”。之前在火星上传回大量图片的 “勇气号” 和 “机遇号”,其长宽高为 1.6 x 2.3 x 1.5 米,重量仅为 180 千克。

不仅如此,“好奇号” 的计算能力也得到了提高。它采用英国 BAE Systems 所生产的单板计算机 RAD750。所谓单板计算机,就是在一个主板上构建一台功能完整的计算机,具备 CPU、RAM、输入/输出等功能。RAD750 所搭载的 CPU 运行频率为 200 MHz;内存大小为 256MB,还搭载了容量为 2GB 的闪存。

RAD750 所搭载的 CPU 型号是 IBM PowerPC 750,苹果曾经在不同的电脑产品上采用这款 CPU,包括 PowerBook G3、iMac G3、Power Macintosh G3,运行频率 233 MHz 到 700 MHz 之间,也就是说 “好奇号” 的性能与一台 iMac G3 差不多。

看上去 RAD750 性能不高,但对于历代火星探测车所搭载的单板计算机而言,它的性能已经相当不错——“勇气号” 和 “机遇号” 所采用的 RAD6000,CPU 运行频率仅为 20 MHz,执行性能为 35 MIPS(每秒百万指令,数值越高越好),而 BAD750 的执行性能可以达到 400 MIPS。

“好奇号” 所采用的操作系统是 VxWorks,一个已经有 27 年历史,久经考验的嵌入式操作系统。它由 Wind River Systems 开发,被大量部署于嵌入式设备中,包括汽车品牌宝马的智能驾驶控制系统 iDrive,武装直升机 “长弓” 阿帕奇、以及苹果的 Wi-Fi 基站 Apple Airport Extreme 等等。第一台火星探测车 “索杰纳(Sojourner)号” 以及之后的 “勇气号”、“机遇号”,也采用了 VxWorks 操作系统,NASA 的选择不令人意外。

为完成科学探索任务,“好奇号” 身上装有 10 台科学仪器以及 17 部相机,每部相机都配备 1600 x 1200(200 万像素)的 CCD 传感器,Mastcam 是其中一部相机。它由两个并排的相机组成,能拍摄高分辨率真彩色照片、以 10 fps 的速率拍摄 720p 高清视频——我们可以更好地欣领略火星风光。

Mastcam 的外形

图为 NASA 测试桅杆相机远距离成像的精度

而对于科学任务而言,ChemCam 激光分解光谱仪更为重要,它将发射激光轰击在岩石的表面上,将少量岩石蒸发成气态物质,然后通过光谱分析仪捕捉和分析气态物质所发出的闪光,从而检测火星岩石的成分。ChemCam 最大 “作战半径” 为 25 英尺(约为 8 米)。

图为 ChemCam 的外形

图为 NASA 解释 ChemCam 的工作原理

从火星发送信号到地球,耗时 14 分 6 秒。“好奇号” 可以直接与地球通讯,也可以与火星勘测轨道飞行器以及奥德赛号通讯,通过它们将资料发回地球,因为后两者拥有功率更强、体积也更大的天线。反应在通讯速度上,“好奇号” 与地球直接通讯时,速率为 32 kbit/s,而通过火星勘测轨道飞行器或奥德赛号与地球通讯时,速率可分别达到 2Mbit/s 和 256 kbit/s。

图为火星勘测轨道飞行器

“好奇号” 的动力来自一台多任务放射性同位素热电发生器(MMRTG),它实质上是一块核电池,装填钚-238 二氧化物的热源,以及一组固体电偶,将钚-238 产生的热能转化为电力。MMRTG 由美国能源部提供,额定功率为 125 瓦,14 年后运行功率将降为 100 瓦。

核电池模型

“好奇号” 登陆火星之际,35 年前就飞上太空踏上漫漫征程的 “旅行者号” 目前接近太阳系的边疆,这些年它一共走过 178 亿公里,而且还能够持续工作到 2020 年。火星与太空,都是人类探索欲望的体现,正因为我们具备如此旺盛的好奇心,我们的科学、经济、社会才会一直稳步向前,不断克服难关。

我还发现一件有趣的事,“好奇号” 和苹果都选择了 PowerPC 750 和 VxWorks 作为自家产品的基础硬件与操作系统,历史真是充满巧合。

 

文内图片和信息来自 ExtremeTech, NASA “好奇号” 官网维基百科英文版

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