company_banner

НАСА: в марсолете Ingenuity используется открытое ПО и Linux


    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.

    Selectel
    ИТ-инфраструктура для бизнеса

    Комментарии 15

      0

      А за счёт чего дрон наклоняется? Почему-то не упомянуты маховики, или что-нибудь подобное

        +1

        За счёт автомата перекоса, естественно. Как и все ЛА вертолётного типа.

          0

          Гм, да, видимо так. Просто лопасти выглядят как обычные лопасти квадрокоптера из магазина.

            +1

            Зато то, к чему они привинчены выглядит совсем не так, как центральная часть винта квадракоптера. Заметно крупнее и, видимо, сложнее по конструкции. Поэтому я думаю, что там спрятан автомат перекоса.

              0

              В каком-то обзорном ролике на ютубе создатели марсодрона прямо рассказывали про автомат перекоса, в простых выражениях поясняя принцип несведущим зрителям. Так что да, видимо адаптированный вертолётный.

      +1
      Интересно что используется чип для мобильного телефона. Т.е. на борту есть GPU, LTE модем, GPS и т.п. (понятно что наверняка отключенные в конфигурации ядра, но все же!)
        +1
        Интересно другое. Получается, что обычный чип для обычного мобильного телефона может не только на низкой околоземной орбите два дня поработать, но ажно на марсе завестись? Тогда бы отчего на самом ровере не поставить нечто помощнее, нежели процессор двадцатилетней давности?

        В пост призывается amartology.
          +9
          Все дело в том, что вертолет — некритичный для миссии технологический демонстратор, рассчитанный на пять полутораминутных полетов. Если что-то с вертолетом пойдет не так — никто (почти) особенно не расстроится. А если что-то не так пойдет с важными для функционирования марсохода чипами — пойдет псу под хвост весь миллиардный бюджет миссии. Поэтому на вертолет можно поставить что-то веселое и недорогое, а на марсоходе все строго сертифицированное и готовое гарантированно безотказно работать несколько лет.
            +1
            На фоне общей стоимости полёта, стоимость чипа вертолётика кажется не особо критична.
              +2
              Стоимость разработки и сертификации нового чипа для вертолета — критична на общей стоимости миссии и составила бы десятки процентов общего бюджета. Существующие радстойкие чипы не способны дать нужную производительность в заданном бюджете мощности и массы.
              А так убили двух зайцев — и сэкономили, и науку немного популяризировали:
              Использование же открытых и доступных элементов, как «железа», так и ПО, дает возможность энтузиастам повторить конструкцию или сделать нечто свое.
            +2
            Тогда бы отчего на самом ровере не поставить нечто помощнее, нежели процессор двадцатилетней давности?

            Пока это нечто пройдёт сертификацию для космоса — ему тоже двадцать лет будет.

          +7
            –2
            (на волне впечатлений от статьи про сбежавший из СССР Миг) Я когда читаю что в США или Европе компания открыла патент ХХХ или наработку ССС, я с большой грустью вспоминаю уголовное дело «измена родине» против коллекционера, который купил в Германии карты России которые в самой России считаются секретными.
              0

              В свете последних событий, главное, чтоб курл они не использовали, а то бедолаге ещё достанется

              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

              Самое читаемое