在这颗红色星球上的第六次飞行中,“聪明号”直升机经历了一些小事故,但由于计划和内置的故障保护装置,它幸存下来并继续飞行了一天。
这实际上是个好消息,因为它展示了车辆对错误的稳健性的多种方式,并为国内的工程师提供了修补错误的机会。
该活动于 2021 年 5 月 22 日举行,即毅力号任务的第 91 个火星日。天空晴朗明亮,非常适合 Ingenuity 的任务:展示其拍摄航空立体图像的能力。
这架小型直升机将垂直上升到10米(33英尺)的高度,然后进行三腿水平飞行——西南方向150米,然后在拍摄图像的同时转向向南移动15米,然后转向东北,再飞行 50 米,然后着陆,速度约为每秒 4 米(8.9 英里/小时)。
但是,就在到达第一个 150 米赛段的终点时,Ingenuity 开始表现得很奇怪。
美国宇航局喷气推进实验室的“聪明号”飞行员哈瓦德·格里普写道:“聪明号开始调整速度并以振荡模式来回倾斜。”在一篇博文中。
“这种行为在整个飞行过程中持续存在。在安全着陆之前,机载传感器表明旋翼飞机遇到了超过 20 度的横滚和俯仰偏移、较大的控制输入以及功耗峰值。”
继续飞翔吧🚁#火星直升机完成了第6次飞行。尽管由于图像处理问题出现了意外的运动,Ingenuity 仍艰难地完成了 215 米旅程的最后约 65 米,安全着陆并准备再次飞行。首席飞行员解释道https://t.co/533hn7qixk pic.twitter.com/IHkkjXaHDd
— NASA 喷气推进实验室 (@NASAJPL)2021 年 5 月 27 日
Ingenuity 团队发现,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 Ingenuity 的位置、速度和姿态(三维空间中的方向)。
为了支持这一点,它还有“眼睛”——一个导航摄像头,能够以每秒 30 张图像的速度不断拍摄下方地面的图像。
导航系统查看图像的时间戳以了解其拍摄时间,并使用此信息根据相机所看到的内容进行比较应该当时已经看到了。如果这不能叠加,直升机就会调整其位置、速度和姿态。
这就是六号航班出问题的地方。图像传输管道中的故障导致导航摄像机图像中的一张(仅一张)在到达导航系统之前丢失。这意味着每个后续图像的时间戳都不准确。
因此,“独创”号的导航系统接收到的有关周围环境的信息有点偏差,导致直升机想要纠正实际上并不存在的错误。这导致飞行不稳定,但“独创”号仍然能够完美着陆,距离计划位置不到 5 米。
部分原因是直升机的工程师决定让“独创”号忽略高度一米以下的导航摄像头图像,因为这些图像可能会被接近地面的灰尘遮挡,从而使导航系统感到困惑。这确保了顺利起飞和降落,但这也意味着“匠心号”可以在这个关键时刻停止摇摆。
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 - 包括图像时间戳中的错误 - 而不会变得不稳定。
“从更大的角度来看,六号航班以独创号安全着陆而告终,因为许多子系统——旋翼系统、执行器和电力系统——响应了保持直升机飞行的不断增长的需求。从真正意义上来说,独创性解决了这种情况,虽然这次飞行发现了一个现在必须解决的计时漏洞,但它也从多个方面证实了系统的稳健性,”握力写道。
“虽然我们并没有刻意计划如此紧张的飞行,但美国宇航局现在拥有探测直升机性能范围外的飞行数据。这些数据将在未来进行仔细分析,扩大我们关于直升机飞行的知识库”。
这太酷了。