據悉，NASA火星車“毅力號(Perseverance)”的自動駕駛能力將在本月接受測試，屆時它將開始向下一個採樣地點展開一系列破紀錄的衝刺。“毅力號”將試圖在一個月內走完超過以往任何一輛漫遊者的路程，並且它將使用的是人工智能。

據了解，在前進的道路上，“毅力號”會遇到沙坑、隕石坑和佈滿尖銳岩石的區域，探測器必須自己繞過這些地方。從2022年3月14日開始的3英里（5公里）的旅程結束後，“毅力號”將抵達Jezero環形山內的一個古老河流三角洲，那裡曾有一個數十億年前的湖泊。

這個三角洲是火星上尋找過去微觀生命跡象的最佳地點之一。通過利用機械臂末端的鑽頭和腹部的複雜樣本收集系統，“毅力號”正在收集岩芯以準備返回地球–這是“歐興樣本返回(Mars Sample Return)運動”的第一部分。

“毅力號”項目的科學家、加州理工學院的Ken Farley指出：“三角洲非常得重要，重要到我們實際上已經決定減少科學活動以專注於更快地到達那裡。我們將在這個過程中拍攝大量三角洲的圖像。我們離得越近，這些圖像就會越令人印象深刻。”

而科考隊將在這些圖像中尋找他們最終想要更詳細研究的岩石，他們將使用“毅力號”機械臂上的儀器。他們還將尋找漫遊者攀登130英尺（40米）高的三角洲的最佳路線。

不過首先，“毅力號”需要達到目標。漫遊者將依靠其自動駕駛的AutoNav系統來實現這一目標，該系統已經創造了令人印象深刻的距離紀錄。雖然NASA所有的火星探測器都具備自動駕駛能力，但“毅力號”擁有迄今為止最先進的自動駕駛能力。

“在’機遇號’這樣的探測器上，自動駕駛過程需要幾分鐘，而在’毅力號’上，自動駕駛過程只需不到一秒，”NASA南加州噴氣推進實驗室的資深探測器規劃師和飛行軟件開發者Mark Maimone說道，“因為現在的自動駕駛速度更快，所以我們可以比人類對每一次駕駛都編程時覆蓋更多的區域。”

漫遊者計劃是如何運作的

在漫遊者滾動之前，一個由移動規劃專家組成的團隊負責編寫機器人探測器將執行的駕駛命令。指令通過NASA的深空網絡(Deep Space Network)到達火星，之後“毅力號”傳回數據以便規劃者確認探測器的進展。完成一些計劃需要幾天的時間，如最近的一次航行，行程跨度約1673英尺（510米），其中包括數千個單獨的漫遊者指令。

有些驅動則需要更多的人力投入。AutoNav在有簡單潛在危險的平坦地形上很有用，這些地形對漫遊者來說很容易探測到並進行處理。

邊行駛邊思考

AutoNav則是之前為NASA“勇氣號”、“機遇號”和“好奇號”探測器開發的自動駕駛工具的演變。不過它的不同之處在於“邊行駛邊思考”–允許“毅力號”在移動中拍攝和處理圖像。然後探測器根據這些圖像進行導航。

升級後的硬件使得“邊行駛邊思考”成為可能。更快的相機意味著“毅力號”可以以足夠快的速度實時處理它的路線。跟前幾代不同的是，“毅力號”增加了一台完全用於圖像處理的計算機。這種計算機依賴於一種被稱為現場可編程門陣列的單一用途、超高效微芯片，這種芯片對計算機視覺處理非常有用。

“在過去的漫遊者中，自主意味著速度放慢，因為數據必須在一台計算機上處理。跟過去相比，這台額外的電腦速度快得驚人，專用於駕駛意味著你不必與超過100個其他任務共享計算資源，”Maimone說道。

當然，在自動駕駛汽車的駕駛過程中，人類並不是完全沒有可能。他們仍利用NASA火星勘測軌道器等太空任務拍攝的圖像來規劃基本路線。然後他們標出“毅力號”要避開的障礙如潛在的沙坑。

另一個很大的區別是“毅力號”的空間感。

“好奇號”的自主導航計劃將漫遊者置於一個16英尺（5米）寬的安全氣泡中。如果“好奇號”發現了相隔15英尺（4.5米）的兩塊岩石–這是一個很容易通過的缺口–那麼它仍會停下來或繞過它們而不是冒險穿過。

但“毅力號”的氣泡要小得多：探測器的六個輪子各有一個中心是一個虛擬盒子。由於火星最新的探測車對地形擁有更敏感的了解，所以它們可以自己繞過巨石。

Maimone說道：“我們第一次把Jezero隕石坑作為著陸點時，我們擔心我們看到的密集的岩石區域分散在隕石坑底部。現在，我們能夠繞過甚至跨越以前無法接近的岩石。”

雖然之前的漫遊者任務沿著其路徑探索的速度較慢，但AutoNav為科學團隊提供了快速到達他們最優先考慮的地點的能力。這意味著該任務將更專注於其主要目標：找到科學家最終想要返回地球的樣本。

關於這一任務的更多信息

“毅力號”火星任務的一個關鍵目標是天體生物學，其中包括尋找古代微生物生命的跡象。該火星車將負責描繪火星的地質和過去的氣候特徵、為人類探索這顆紅色星球鋪平道路並將成為收集和貯藏火星岩石和風化層的第一個任務。

隨後，NASA和ESA將合作向火星發射航天器、從火星表面收集這些密封樣品並將它們帶回地球進行深入分析。

Mars 2020 Perseverance任務是NASA Moon to Mars探測方法的一部分，其中包括Artemis月球探測任務，這將有助於為人類探索這顆紅色星球做準備。