【前沿资讯】NASA利用增强现实技术研制“火星2020”巡视器
来源：国防科技信息网、中国航天科技信息网、载人航天工程网、腾讯科技
作者：中国航天系统科学与工程研究院 李金钊
[摘要]美国宇航局计划2020年发射一艘漫游车登陆火星，并计划在其上装备头戴式混合现实装置，让地球上的人们也感受和火星车视角一致的“火星虚拟漫步”体验。
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据美国科技媒体5月24日报道，美国国家航空航天局正在探索微软公司“全息眼镜”头戴式混合现实装置在“火星2020”巡视探测器设计中的应用潜力。此前，该局已经利用该装置开展了“火星虚拟漫步”活动。
报道称，美国国家航空航天局已针对太空探索和教育研发了包括“原型太空”的多项关于“全息眼镜”的应用。“原型太空”由该局喷气推进实验室(JPL)开发，该应用可将虚拟的硬件设施叠加在视场中，将真实的硬件与虚拟硬件进行对比，使工程师可以提前评估巡视器各仪器组件的组装情况，解决潜在的设计冲突。
图：Hololens是微软公司研发的一款虚拟现实眼镜（图片来源：微软公司网站）
据介绍，在传统方法中，工程师通过计算机屏幕上的模型很难直观的了解各部件的尺寸和缝隙大小。“原型太空”应用的最大优势是可以借助虚拟影像让工程师“进入”巡视器的内部，获取航天器尺寸、形状和配置。
此外，美国国家航空航天局还在编写一款名为“视线范围”的应用，该应用可使用户利用“全息眼镜”规划“好奇”号火星巡视器的行进路线。
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“火星2020”巡视器的8个候选着陆点
[据美国航天网2015年8月6日报道]“火星2020”巡视器计划于2020年7月或8月发射，目前科学家从最初21个潜在着陆点中选出8个候选位置。巡视器将在2021年2月着陆火星，研究岩石，找寻火星过去存在生命的证据。
呼声最高的候选着陆点是Jezero坑，那是古老河床的所在，可能存在有机材料。第二个地点已经被勘察过了：盖尔坑中的哥伦比亚山（Columbia Hills）。勇气号巡视器之前探索过那里，发现了过去曾经存在水的证据。其他可能的着陆点都在水手峡谷（Valles Marineris）附近和艾斯蒂斯盆地（Isidis Basin）的边缘。
“火星2020”巡视器将与“好奇”号有相似的设计，但是携带不同的科学仪器。“火星2020”巡视器像“好奇”号一样钻取岩石，但是这次将采集30个铅笔尺寸的样品并贮藏它们（在巡视器自身分析完成以后），等待后来的任务将样品送回地球。这次主要集中在寻找过去生物活动的证据，而不仅仅是探寻有机物。“火星2020”巡视器也采用“空中吊机”着陆，工程师正在为缩小50%的椭圆着陆区域范围而工作，着陆区域差不多为13千米×7千米。
巡视器将搜寻2种主要样品：一种是适合于保存有机材料和可能的生物标记的岩石，另一种是火成岩，其将提供更多有关火星地质历史的信息。采集样品的步骤在设计过程中也有所变化。最初，岩石芯样品被放置在一个足球大小的容器中，等待被后来的着陆器或巡视器取回。但是现在，样品将被放进单独密封的金属管中，金属管上有涂层以保护内部样品长时间不受热的侵害。这些金属管将简单地被留在火星表面上的“仓库”中。采用这种方式，巡视器能够多次返回“仓库”以便存放更多的样品管。直到取回巡视器的“包裹”，任务才算成功，通过分阶段任务来为取回巡视器的样品提供机会。
2017年1月，候选着陆点将减少到4个。火星2020巡视器重点在于研究火星上古老生命的迹象。新的火星任务重点聚焦在生物学，而不是地质学。
（中国航天系统科学与工程研究院 李虹琳）
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NASA选出7个有效载荷
作为火星2020巡视探测器所携带的科学仪器
NASA下一代火星巡视探测器将于2020年送往火星，将携带经过仔细挑选的仪器对红色星球开展探索和研究。NASA从收到的58个有效载荷提案中选出了7个有效载荷作为火星2020巡视探测器所携带的科学仪器。选中的7个有效载荷将花费1.3亿美元进行开发。火星2020巡视探测器的构型与“好奇”号火星巡视探测器一致，但其携带了更加成熟的硬件和新的有效载荷，将对着陆地点进行地质评价、探测环境的可居住性，以及直接探测古老火星生命的迹象。
7个有效载荷为：
（1）主相机-Z（Mastcam-Z）：是一种具有变焦能力和全景立体成像能力的先进相机系统。该仪器也将确定火星表面的矿物并协助巡视器运行。PI为美国亚利桑那州立大学的杰姆斯?贝尔。
（2）超级相机（SuperCam）：该仪器能够提供成像、化学组成分析和矿物学分析。该仪器也将能够检测远处的岩石和风化层中有机化合物的存在。PI为洛斯?阿拉莫斯国家实验室的罗杰?韦恩斯。
（3）X射线岩石化学行星仪（PIXL）：是一种X射线荧光光谱仪，也包含高分辨率成像仪，用于确定火星表面材料的精细尺度的元素组成。PIXL将提供比以往更详细的检测和化学元素分析的能力。PI为NASA喷气动力推进实验室的艾比盖尔?奥伍德。
（4）扫描可居住环境中有机物及化学物质的拉曼和荧光光谱仪（SHERLOC）： 一种光谱仪，将提供精细尺度的成像，并采用紫外（UV）激光器来确定精细尺度的矿物质和检测有机化合物。SHERLOC将是第一个飞往火星表面的紫外拉曼光谱仪，将为其他有效载荷仪器提供补充测量。PI是JPL的卢瑟?比尔格。
（5）火星氧气现地资源利用实验室（MOXIE）：是一项探测技术研究，利用火星大气中的二氧化碳制造氧气。PI是麻省理工学院（MIT）的迈克尔?赫克特。
（6）火星环境动力学分析仪（MEDA）：由一系列传感器组成，可对温度、风速和风向、压强、相对湿度和灰尘颗粒尺寸和形状等数据进行测量。PI是西班牙的约瑟?罗德里格斯?曼菲蒂。
（7）火星表面探测雷达成像仪（RIMFAX）：一台探地雷达，可提供火星地下地质结构厘米级分辨率的信息。PI是挪威的斯韦恩?埃里克?哈曼。
（中国航天系统科学与工程研究院 李虹琳 李金钊）
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