Что внутри марсохода Curiosity
6 августа 2012 года на поверхность Марса десантировался аппарат «Любопытство» (Curiosity). В следующие 23 месяца марсоход будет изучать поверхность планеты, её минералогический состав и спектр излучения, искать следы жизни, а также оценит возможность высадки человека.
Основная тактика исследований состоит в поиске интересных пород камерами высокого разрешения. Если таковые появляются, то марсоход издалека облучает лазером исследуемую породу. Результат спектрального анализа определяет, нужно ли доставать манипулятор с микроскопом и рентгеновским спектрометром. Далее «Кьюриосити» может извлечь и загрузить образец во одну из 74 чашечек внутренней лаборатории для дальнейшего анализа.
![jhjts.png](/files/users/u3/2012/08/jhjts.png)
При всем своем большом обвесе и внешней легкости аппарат имеет массу легкового автомобиля (900 кг) и весит на поверхности Марса 340 кг. Для запитывания всего оборудоваения используется энергия распада плутония-238 от радиоизотопного термоэлектрического генератора компании «Боинг», ресурс которого составляет как минимум 14 лет. На данный момент он вырабатывает 2,5 квт·ч тепловой энергии и 125 Вт электрической, со временем выход электричества будет снижаться до 100 Вт.
![curiosity-1.jpg](/files/users/u3/2012/08/curiosity-1.jpg)
На марсоходе установлено сразу несколько различных типов камер. Mast Camera — это система из двух неодинаковых камер обычной цветопередачи, которые могут делать снимки (в том числе стереоскопические) разрешением 1600×1200 пикселов и, что ново для марсоходов, записывать аппаратно сжатый 720p-видеопоток (1280×720). Для хранения полученного материала система имеет 8 гигабайт флэш-памяти для каждой из камер — этого достаточно, чтобы уместить несколько тысяч снимков и пару часов видеозаписи. Обработка фотографий и видеороликов идет без нагрузки на управляющую электронику «Кьюриосити». Несмотря на наличие у производителя конфигурации с трансфокатором, камеры не имеют зума, поскольку времени для тестирования не оставалось.
![mp7yt.jpg](/files/users/u3/2012/08/mp7yt.jpg)
Иллюстрация изображений от MastCam. Красочные панорамы поверхности Марса получаются путем склейки уже нескольких изображений. Камеры MastCam будут использоваться не только для развлечения публики погодой красной планеты, но и в качестве помощи при извлечении образцов манипулятором и при перемещении.
![curiosity-2.jpg](/files/users/u3/2012/08/curiosity-2.jpg)
Также на мачте закреплена часть системы ChemCam . Это лазерно-искровой эмиссионный спектрометр и блок формирования изображения, которые работают в паре: после испарения крошечного количества исследуемой породы 5-наносекундным импульсом лазера производится анализ спектра полученного плазменного излучения, что позволит определить элементный состав образца. При этом не нужно выдвигать манипулятор.
Разрешающая способность оборудования в 5–10 раз выше, чем у установленного на предыдущие марсоходы. С 7 метров ChemCam может определить тип изучаемой породы (например, вулканическая или осадочная), структуру грунта и камней, отследить преобладающие элементы, распознать лед и минералы с водными молекулами в кристаллической структуре, измерить следы эрозии на камнях и визуально помочь при исследовании пород манипулятором.
![f2fld.jpg](/files/users/u3/2012/08/f2fld.jpg)
Стоимость ChemCam составила 10 млн. долларов (менее полупроцента всей стоимости экспедиции). Система состоит из лазера на мачте и трех спектрографов внутри корпуса, излучение к которым подводится по оптоволоконному световоду.
На манипуляторе марсохода установлена Mars Hand Lens Imager, способная получать снимки размером в 1600×1200 пикселов, на которых могут быть видны детали в 12,5 микрометров. Камера имеет белую подсветку для работы как днем, так и ночью. Ультрафиолетовая подсветка необходима для вызова излучения карбонатных и эвапоритных минералов, наличие которых позволяет говорить о том, что в формировании поверхности Марса принимала участие вода.
Для целей картографирования использовалась камера Mars Descent Imager (MARDI), которая во время спуска аппарата записывала снимки размером 1600×1200 пикселов на 8 гигабайт флэш-памяти. Как только до поверхности осталось несколько километров, камера начала делать пять цветных фотографий в секунду. Полученные данные позволят составить карту ареала обитания «Кьюриосити».
![pk3fr.jpg](/files/users/u3/2012/08/pk3fr.jpg)
По бокам марсохода установлены две пары черно-белых камер с углом обзора 120 градусов. Система Hazcams используется при выполнении маневров и выдвижении манипулятора. На мачте расположена система Navcams, которая представляют из себя две черно-белые камеры с углом обзора 45 градусов. Программы марсохода постоянно строят клиновидную 3D-карту на основе данных этих камер, что позволяет избегать столкновений с неожиданными препятствиями. Один из первых снимков с «Кьюриосити» — это картинка именно с камеры Hazcam.
![psqqe.jpg](/files/users/u3/2012/08/psqqe.jpg)
Для измерения погодных условий на марсоходе установлена станция мониторинга окружающей среды (Rover Environmental Monitoring Station), которая измеряет давление, температуры атмосферы и поверхности, скорость ветра и ультрафиолетовое излучение. REMS защищена от марсианской пыли.
CheMin (Chemistry and Mineralogy) — это прибор для исследования химического и минералогического состава с помощью рентгеновского флуоресценцного инструмента и рентгеновской дифракциии. Грубо говоря, он поможет найти минералы, которыми богат Марс, что покажет, каковы были условия на планете.
![ybakc.jpg](/files/users/u3/2012/08/ybakc.jpg)
Основным инструментом для исследования полученных образцов является Sample Analysis at Mars, масса которого составляет половину от массы всей научной аппаратуры. В SAM включен масс-спектрометр, газовый хроматограф и настраиваемый лазерный спектрометр. Также в работе используется рентгеновский спектрометр альфа-частиц. Образцы будут облучаться альфа-частицами, и за два-три часа будет получен их полный элементный состав, а десяти минут хватит для обзора основных составляющих.
Внутри марсохода установлен детектор радиации для оценки возможности посещения Марса людьми и прибор обнаружения водорода. Интересно, что научная аппаратура была разработана не только в США, это проекты организаций из Франции, Канады, России и ряда других стран.
Картинка с сайта http://img.beta.rian.ru/…97932246.jpg
Всей этой аппаратурой управляет небольшой дублированный компьютер с 256 МБ ОЗУ, 2 ГБ ПЗУ в форме флэш-памяти и процессором RAD750, который способен выполнять 400 миллионов операций в секунду, что, грубо говоря, сопоставимо с обычным смартфоном. Мощности системы хватает на генерацию 15–40 тыс. 3D-точек со стереоизображения. Память «Кьюриосити» примерно в восемь раз производительней памяти марсоходов предыдущих поколений. Хотя конфигурация системы похожа на начинку дешевого одноплатного компьютера, следует учесть условия работы электроники и испытываемые ею излучения, защитой от которых клоны Raspberry Pi не обладают.
В качестве операционной системы используется VxWorks. Это проприетарная операционная система реального времени, которая управляла тремя предыдущими марсоходами — «Спирит», «Оппортьюнити» и «Марс Пасфайндер», а также кораблем «Дракон» компании SpaceX. Кроме космических аппаратов VxWorks используется в авиалайнерах, робототехнике, медицинской технике и других встраиваемых высоконадежных системах (например, в роутерах Apple та же операционная система, что и в марсоходах).
Управляющие программы разделены на 150 модулей, каждый из которых отвечает за отдельную функцию. Связанные модули объединяются в компоненты, которые организуют совместную работу включенных в них модулей. Всего существует менее 10 компонентов высокого уровня. Большая часть кода сгенерирована автоматически или наследована от предыдущих марсоходов.
Но в этих 3,5 миллионах строчек кода на C реализовано автономное управление множеством систем лишь с редкими вмешательствами человека — сигнал от Земли идет несколько минут. На основе показаний нескольких камер и датчиков компьютер сам управляет вождением аппарата, фотографированием и видеосъемкой, системой охлаждения, извлечением образцов и работой научного оборудования.
Код, разумеется, недоступен публике, а данные о программном обеспечении марсохода скудны. Но кто знает, чего стоит ждать от НАСА: у них уже давно есть аккаунт на Github.
- Источник(и):
- Войдите на сайт для отправки комментариев