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Linux 登陆火星,占有率再超 Windows,NASA 还在 GitHub 发布源码教程

来源:本站原创 浏览:312次 时间:2021-02-22

在电影《玩具总动员》中,主人公巴斯光年虽然只是一个玩具,但自认为是远方星际的领袖,一心想要飞向太空,探索宇宙。他有一句著名的口头禅:To infinity and Beyond(飞向宇宙,浩瀚无垠),激励了一代年轻观众,NASA(美国国家航空航天局)也经常在各种官方报道中引用这句话,表明其太空探索的决心。

近日,开源领域的 Linux 操作系统也成为了 To infinity and Beyond 的一员,乘坐美国“毅力”号火星车成功在火星赤道以北的耶泽罗陨石坑着陆。在这之中,该火星车首次搭载了一架使用 Linux 系统的直升机——机智号,NASA 也将直升机的 Linux 飞行控制系统在 GitHub (https://github.com/nasa/fprime)上进行了开源。

今天我们就来看“毅力号”和“机智号”,以及其背后运用的 Linux 技术的故事。

在稀薄空气中起飞的机智号

2021 年 2 月 19 日,耗资 27 亿美元的火星探测器毅力号,以每小时 19312 公里的速度撞击火星大气层。仅七分钟后,NASA 就将这辆最新的火星探测车安全地降落在火星表面。

除了探测车本身,毅力号还携带了一个一吨重的移动实验室,和一辆 1.8 公斤的无人直升机——机智号(Ingenuity)。

如果进展顺利,机智号将成为有史以来第一架在地球之外星球飞行的直升机。在距地球 2 亿公里的火星,没有人能使用遥控器控制它,这是一台由 JPL(NASA Jet Propulsion Laboratory,NASA 喷气推进实验室)设计、搭载 Linux 开源系统和 F Prime 飞行软件框架的自动飞行器。

事实上,直升机在火星上起飞并不是一件容易的事,火星引力只有地球的三分之一,但火星表面的空气密度只有地球的 1%,稀薄的空气很难让直升机获得足够升力。所以,机智号必须很轻,旋翼叶片要更大,旋转速度也得非常快。经过复杂的设计,机智号的工程师最终完成了这个巨大的挑战。

和毅力号探测器不同,机智号直升机的任务是为了在火星上寻找古老生命的迹象,采集火星岩石和泥土样本,然后让毅力号探测器带回地球,同时也证明了可以使用现成的商业(COTS)硬件和开源软件在火星上执行任务。

揭秘「机智号」背后的硬件——小米 4 同款处理器骁龙 801

面对这样的实践应用,JPL 飞行软件工程师 Timothy Canham 在接受 IEEE Spectrum 采访时表示,他也透露机智号直升机使用的处理器,是一款我们很熟悉的芯片——高通骁龙 801。

这是一款 2014 年的商用芯片,你可能会觉得它太旧太慢了,但是它比毅力号的处理器已经快很多了。这是因为 NASA 使用的 CPU 和芯片必须满足 HPSC(高性能航天计算辐射)标准,这些经过特殊定制的处理器需要多年的设计和测试,才能获得太空飞行认证。

开源软件 Linux 飞出地球,奔赴火星

对于机智号直升机的软件部分,Canham 透露道:

这是我们第一次在火星探测任务上使用运行 Linux 的设备,软件框架是 JPL 为 CubeSats 系统和 instruments 专门开发的,几年前我们就将它开源了。所有人都可以获取火星直升机同款的的飞行软件框架,并在自己的项目中使用它。

这是一次开源的胜利,我们之后还会开发一个开源操作系统和一个开源飞行软件框架,发布一些飞行零件,如果你想自己动手 DIY 的话,直接购买并组装就可以。

Canham 提到的开源软件就是 F Prime 。它是一个组件驱动的框架,可用于快速开发和部署航天以及其他嵌入式软件应用程序。F Prime 已经多次成功地部署在多个太空应用程序上。它是量身定制的,但不限于小型航天系统,例如 CubeSats、SmallSats 以及现在的自动飞行直升机。

NASA 多年来都在国际空间站(ISS)上都使用 Linux。Linux 也是超级计算机统治者的道路始于 NASA 的戈达德太空飞行中心(GSFC)的第一台 Beowulf 超级计算机搭载的系统。

像机智号一样,第一个 Beowulf 集群也是使用 COTS 设备构建的。它使用 16 个 Intel 486DX 处理器和 10Mbps 以太网构建,而总线的价格仅为几千美元。尽管它的速度仅为个位数的千兆位,但 Beowulf 证明了可以在不菲的预算和 Linux 下构建超级计算机。现在,机智号再次证明,伟大的事情仍然可以来自于 Linux 开源软件搭配兼容性的硬件来完成。

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