火星 机灵号在火星上的意外飞行异常中幸存了下来!

在火星上进行第六次飞行时,机灵号(Ingenuity)直升机遇到了一些事故,但是,由于进行了规划和内置的故障保护功能,它得以幸免于难。
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这是个好消息,因为它展示了该直升机控制系统防错的多种方法,为在地球上的工程师提供了修补漏洞的机会。
该活动于2021年5月22日举行,这是毅力号飞行任务的第91个火星日。天空晴朗明亮,非常适合机灵号(Ingenuity)的任务:展示其拍摄航空立体图像的能力。
这架小直升机要垂直上升到10米(33英尺)的高度,然后水平向西南飞行150米,这时它会旋转并向南移动15米,同时拍摄图像,然后转身向东北飞行,然后再飞行50米,然后再着陆,飞行速度约为每秒4米(8.9英里/小时)。
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但是,就在到达第一条飞行路线150米的尽头时,机灵号(Ingenuity)开始表现得很奇怪。
“机灵号(Ingenuity)开始调整其速度,并以一种振荡的方式来回倾斜,”美国国家航空航天局喷气推进实验室的机灵号(Ingenuity)飞行员哈瓦德·格里普(HvardGrip)在博客中写道。
“这种行为在整个飞行的其余时间内一直持续。在安全着陆之前,机载传感器表明旋翼飞机遇到了超过20度的侧倾和俯仰偏移,较大的控制输入和功耗峰值。”
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机灵号(Ingenuity)小组发现,这个问题与直升机的导航方式有关。它的主要导航系统,即机载惯性测量单元,不断跟踪机灵号(Ingenuity)的位置、速度和姿态(在三维空间中的方向)。
为了支持这一点,它还安装了导航摄像机,它以每秒30张图像的速度不断拍摄下面导航系统查看图像的时间戳以了解何时拍摄,并使用该信息根据当时应该看到的图像来比较相机看到的图像。如果没有叠加,则直升机会对其位置,速度和姿态进行调整。
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这是第六次飞行出问题的地方。图像传输管道中的故障导致导航图像中的一个(仅一个)在到达导航系统之前就掉线了。这意味着每个后续图像的时间戳都不正确。
因此,机灵号(Ingenuity)的导航系统接收到的有关其周围环境的信息有些偏斜,导致直升机想要纠正实际上不存在的错误。这导致了飞机的摇摆不定,但机灵号(Ingenuity)仍然能够在计划位置的5米内完美着陆。
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部分原因是因为直升机的工程师决定让机灵号(Ingenuity)忽略高度低于一米的导航摄像头图像,因为它们可能被靠近地面的灰尘所遮盖,从而使导航系统混乱。这样可以确保平稳地起飞和降落,但是这也意味着机灵号(Ingenuity)可以在这个关键时刻停止摆动。
机灵号(Ingenuity)还被设计为具有“稳定性裕度”,其中它可以容忍较大的错误(包括图像时间戳记中的错误)而不会变得不稳定。
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“从更大的角度来看,第六次飞行以机灵号(Ingenuity)安全地结束了地面,因为许多子系统——旋翼系统、执行器和动力系统——响应了不断增加的要求,以保持直升机飞行。在这种情况下,机灵号(Ingenuity)变得精明,尽管这次飞行发现了现在必须解决的定时漏洞,但它也以多种方式证实了该系统的可靠性,”格里普写道。
火星|机灵号在火星上的意外飞行异常中幸存了下来!】“虽然我们没有故意计划这样的压力飞行,但美国宇航局现在已经有了探测直升机性能范围外围的飞行数据。我们将在未来一段时间内仔细分析这些数据,从而扩大我们在火星上飞行直升机的知识储备。”

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