Агентство НАСА на днях раскрыло подробности работы марсолета Ingenuity, который опустился на поверхность Красной планеты вместе с марсоходом. Вскоре марсолет попробует освоить воздушное пространство Марса, а пока что НАСА рассказывает о подробностях этого путешествия.
Так вот, «железо» марсолета базируется на плате с SoC Snapdragon 801 от компании Qualcomm. Программное обеспечение — Linux и открытое ПО. По словам агентства, программное обеспечение на основе Linux впервые используется в системах, отправленных на Марс. Использование же открытых и доступных элементов, как «железа», так и ПО, дает возможность энтузиастам повторить конструкцию или сделать нечто свое.
Аппаратное обеспечение обеспечивает высокую производительность, которая нужна марсолету. Дело в том, что для нормального полета необходима работа контура управления с частотой 500 циклов в секунду, плюс анализ изображения с частотой 30 кадров в секунду.
SoC Snapdragon 801 (четыре ядра, 2.26 GHz, 2 ГБ ОЗУ, 32 ГБ Flash) отвечает за работу базового системного окружения на базе Linux. Именно оно выполняет высокоуровневые операции, включая:
• Визуальную навигацию на основе анализа изображений с камеры.
• Управление данными.
• Обработка команд.
• Формирование телеметрии.
• Поддержание канала беспроводной связи.
Посредством интерфейса UART процессор соединяется с двумя микроконтроллерами, это MCU Texas Instruments TMS570LC43x, ARM Cortex-R5F, 300 MHz, 512 КБ ОЗУ, 4 МБ Flash, UART, SPI, GPIO. Они отвечают для различных функций управления полета. Кроме того, они же используются для резервирования на случай сбоя, так что информация, которая к ним поступает, дублируется.
Задействуется лишь один из микроконтроллеров, но если что-то идет не так, то вступает в работу второй, который способен сразу же перехватить основные функции, заменив проблемного «коллегу». Ну а за передачу информации от датчиков к микроконтроллерам, а также за взаимодействие с актуаторами, которые управляют лопастями винтокрылого летуна, отвечает FPGA MicroSemi ProASIC3L. Он же выполняет переключение на запасной микроконтроллер в случае сбоя.
В предыдущей нашей статье говорилось, что научного оборудования в этом устройстве нет. Но, конечно, это не просто летающая «болванка». Марсолет оснащен лазерным высотомером от компании SparkFun Electronics. Она специализируется на разработке открытого ПО, кроме того, она же и один из создателей самого термина OSHW, Open-source hardware. Кроме того, марсолет оснащен такими компонентами, как гиростабилизатор (IMU) и видеокамеры.
Камер две. Одна из них, VGA, используется в качестве навигационной, отвечает за определение местоположения, направления движения и скорости посредством покадрового сравнения. А вот вторая камера, цветная, 13 МП, будет использоваться для фотографирования местности. Аэрофотосъемка на Марсе — мы живем в будущем!
Большая часть систем марсолета разработана специалистами НАСА, а именно — в лаборатории NASA JPL (Jet Propulsion Laboratory). При этом компоненты, которые применены в конструкции, не уникальные, а типовые, они созданы специально для малых и сверхмалых искусственных спутников Земли (кубсатов) и уже несколько лет развиваются в составе открытой платформы F Prime (F´), распространяемой под лицензией Apache 2.0.
F Prime дает возможность быстро разрабатывать и разворачивать системы управления полетом и связанных элементов ПО. При этом полетное ПО разделяется на отдельные компоненты с хорошо определенными программными интерфейсами. Кроме того, разработчики получают в свое распоряжение С++ фреймворк для обработки очередей сообщений, организации многопоточности, плюс инструменты моделирования, которые позволяют связывать компоненты и автоматически генерировать код.
А что марсолет будет делать на Марсе?
Если коротко, то он взлетит, пролетит по определенному маршруту и примарсится — причем все это без участия человека, в полностью автоматическом режиме. Масса коптера составляет 1.8 кг, он очень легкий, в полет его направят два винта длиной 1,2 м каждый из углеродного волокна.
Полетов будет несколько, продолжительность каждого — 90 секунд. От Земли марсолет находится на расстоянии около 10 световых минут, поэтому управлять им просто нет возможности, как бы инженеры того ни хотели. Все три полета будут осуществляться в одном месте — посадку дрон совершит в одну и ту же точку все три раза. На работу с дроном у НАСА отведен примерно месяц, так что если все пойдет гладко, он сможет совершить еще один полет и сесть, уже в четвертый раз, в новом месте. В первый раз дрон просто взлетит и сядет — все просто. А уж потом, если все получится, его могут прогнать по кругу, попробовать взлететь повыше и выполнить еще несколько «экзотических», по словам инженеров, маневров.
Почему всего 30 дней? Потому, что дрон — это proof of concept технологии взлета и посадки. Даже если все пройдет как нельзя лучше, ученые оставят марсолет и займутся марсоходом — ресурсы проекта ограничены.
Как и говорилось ранее, главная задача дрона — доказать саму возможность полетов в разреженной марсианской атмосфере (всего 1% плотности от земной) и эффективность выбранной технологии. Конечно, на Земле система проходила испытания, но тесты «в поле» всегда были завершающим этапом. Ну, а сейчас испытательный полигон находится в 10 световых минутах от Земли, что поделать.
Марсолет снизу
Если марсолет взлетит, он сделает несколько снимков, которые будут иметь уже и научную ценность — с орбиты Марса фотографии в таком разрешении сделать не получится. НАСА, если все пройдет хорошо, смогут отправить на Марс уже большой марсолет, который сможет преодолевать расстояния, которые сейчас марсоход проезжает за дни, в считанные минуты.
