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NASA华人科学家驾驶“毅力号”驰骋火星

时间:2021-10-03来源:新民晚报网 作者:彭庆松 点击:
严正和火星车模型 严正在办公室 人物名片 严正 NASA喷气推进实验室机器人界面和视觉化小组主管 圣马利诺高中机器人俱乐部导师、创始人 今年2月18日,美国火星探测器毅力号登陆火星。负责驾驶和操控这台火星车的,是一位华人美国航空航天署(NASA)喷气推进实
严正和火星车模型
严正在办公室

       人物名片

       严正

       NASA喷气推进实验室机器人界面和视觉化小组主管

      圣马利诺高中机器人俱乐部导师、创始人

      今年2月18日,美国火星探测器“毅力号”登陆火星。负责驾驶和操控这台火星车的,是一位华人——美国航空航天署(NASA)喷气推进实验室机器人界面和视觉化小组主管严正博士。

      严正博士致力于应用机器人登陆火星的研究和开发,以其专业的知识及技术,在太空机器人的设计、开发和操作方面,均有许多杰出的表现。他成功领导开发了系列程序,用以控制和操作火星探测“漫游者”和着陆器。

      严正曾担任了2004年“勇气号”“机遇号”和2012年“好奇号”的“漫游者”驾驶角色,对火星地质历史的科学发现做出了巨大贡献。今年,他再次负责火星探测车“毅力号”的操作工作,寻找火星上生命的证据。

      文/彭庆松

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      孤儿院里走出的NASA科学家

      作为全球顶尖科学家,严正成功的背后却有着外人所不知的坎坷成长历程。他1960年出生于中国台湾,5岁时父亲因意外身亡,母亲由于无力独自扶养3个年幼的小孩,无奈将他送到了华兴育幼院。

      严正9岁那年,母亲也不幸辞世,严正的兄妹都成了华兴育幼院的孤儿。贫困和失去双亲的打击,并没有打倒严正,反而培养了他坚强和独立的性格。

      华兴育幼院收留的遗孤很多,每位老师至少要照顾四五十个小朋友,常常忙不过来,孩子们发生矛盾有时就只能靠他们自己解决。华兴育幼院所属华兴中学有一支少儿棒球队,小球员常常与其他小朋友发生冲突。“严正又瘦又小,但很有主见,因为看不惯同学被棒球队员欺负,他会挺身而出,自己却被打得鼻青脸肿。”严正的一位中学同学回忆道。

      严正1983年获得数学学士学位,后于1985年赴美留学。在美国求学期间,严正开始认真思考自己的人生规划。主修数学的他在第一天上课时,面对台上的教授,他对自己今后是否愿意每天与数学理论为伍产生了怀疑。最后,他决定改变专业,选择了应用数学与机械。

      1992年,严正获得美国爱荷华大学应用数学博士学位和机械工程硕士学位。毕业后,进入明尼苏达大学的陆军高性能计算中心工作。1997年,严正得知NASA正在进行一个小型的“火星探路者”计划,这大大激励他的挑战之心,他希望将自己设计的汽车模拟程序应用到火星上。

      不到半年,严正美梦成真。一次在意大利罗马举行的会议上,严正巧遇NASA喷气推进实验室负责人。这位负责人正苦恼着要找寻能够负责操控火星车程序设计的科学家,而严正就是他要找的人。他们一拍即合。1998年,严正进入NASA在加州的喷气推进实验室,服务至今。

      在NASA期间,严正致力于应用机器人登陆火星的研究和开发,在太空机器人的设计、开发和操作方面,均有杰出的表现。他成功领导开发了Robot Sequencing and Visualization Program(RSVP),用以控制和操作火星探测器“漫游者”和着陆器。

      他还担任了2004年“勇气号”和“机遇号”,以及2012年“好奇号”的“漫游者”驾驶角色,对火星地质历史的科学发现做出了重要贡献。

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      成为操控火星车的“老司机”

      美国2020年成功发射的“毅力号”火星车,建造耗时10年,总投资超过24亿美元。“毅力号”配备的仪器可以直接探测现在和古老生命迹象,移动工作站可以用一种钻头采集岩石和土壤标本,并将他们装进小管子封存起来,等待下一艘飞船来将这些标本接回地球,这将有助于科学家在地球的实验室里用特殊的设备研究样本。

      “毅力号”上有一架1.8千克重的无人驾驶飞机“机灵号”,用以测试在火星稀薄的大气中的飞行状况。无人机可以到达火星车无法前往的地方,探测范围更广,这也是为未来的火星探测或载人登陆做准备。但火星大气层密度只有地球的1%,要飞起来,还要控制方向,难度不小。操控这个无人机的也是严正,目前已经完成了6次飞行任务,可以说是开启了火星上的“航空元年”。

      “毅力号”承担任务之重,操作之复杂远胜于前几次火星探测,面对压力,作为“老司机”的严正表示,很早以前驾驶“勇气号”和“机遇号”时,自己把指令发给火星车后,晚上常会从噩梦中惊醒,梦中情景经常是不知为何把车搞坏了。

      严正在早前接受采访时曾举例说,有一次,他不小心将第三代火星车“机遇号”开进一座沙丘里,女儿还笑他“开车技术比她差”。驾驶团队试着让“机遇号”以加速、减速或左右移动的方式脱离沙丘,没想到越陷越深。地面人员相当紧张,担心火星探险任务最终失败。“机遇号”被卡了40天,严正团队想到一个方法,采用“怎么进就怎么出”,终于脱困。

      在严正的带领下,火星车在这个红色星球上的行驶变得越来越顺利,技术变得越来越成熟。

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      相信中美未来有更多的“火星合作”

      火星是太阳系中与地球环境最为相似的行星,了解火星对研究地球早期历史和生命起源有着重要价值,也对人类拓展生存空间具有重要意义。2021年是火星运行轨道离地球最近的“火星年”,尽管新冠疫情依然严重,但没能阻止航天人的脚步。

      发射顺利是第一步,探测器如何成功着陆是更棘手的第二道难关。穿越大气层到着陆的过程只有7分钟左右,也被称为“恐怖7分钟”。着陆器何时开始减速进入火星大气、进入的姿态、角度都需要精准的控制。而这“恐怖7分钟”结束后,真正的任务才开始,由严正所参与的团队将负责远端驾驶,探测火星的生命迹象。

      据严正介绍,“毅力号”的着陆点在火星赤道附近直径45公里的耶罗泽陨石坑(Jezero crater),主要探查地点是一个类似三角洲地区,这里似乎有冲积平原式的沉积土壤,可能存在某些微生物。

      由于火星和地球之间的距离,信号延时达到最长15分钟,若想像遥控无人汽车那样驾驶火星车是不可能的,因为当操作者发现状况时,消息一来一回已是半小时后了。

      因此在火星日的晚上,严正和同事就进行程序设计和演练,排好指令发给“毅力号”后,在火星日的白天才能睡觉。而一个火星日相当于地球上的24小时40分钟,因此严正每天的作息都需调整40分钟。

      5月15日,火星上的“毅力号”还迎来了一个新朋友,就是来自中国的“祝融号”探测车。严正介绍,因为没有太多资料,仅降落方式来看,两国还是有所不同。中国采用的是传统的反推火箭减速方式,美国的火星车则由火箭发动机驱动的“天空起重机”通过缆绳降落到火星表面,这种方式可以为火星车提供最大程度的保护。严正相信,未来中美两国肯定将在火星上有更多的合作。

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      寄语青年:要像火星车一样不怕失败

      工作之余,严正博士还积极参与社区服务。他是圣马利诺高中机器人俱乐部的导师和创始人,每年带领Titanium Robotics Team参加FIRST机器人大赛。严正还在2006年到2013年间担任圣马利诺联合学区教育委员,致力于改善当地基础教育。

      对于想进入NASA从事科研工作的华人青年,严正也给出了建议。他强调,一定要首先了解NASA是做什么的,这个机构并不仅仅是人们想象的那样,只从事航空航天,具体来说,包括了空间科学,如太阳系探索、火星探索、月球探索、宇宙结构和环境等;地球学研究,如地球系统学、地球学的应用以及生物物理研究等。每项研究都需要大量的专业人才,青年人要根据这些研究项目找到自己的兴趣所在。其次,华人青年一定要努力将自己锻造成某一领域的顶尖人才,只有自己足够优秀,才能脱颖而出。

      “梅花香自苦寒来”,作为一个困境中长大的孩子,严正也正是凭借着毅力突破了重重屏障,成为从事顶尖探索的一员,他说:“想投入航天科技的年轻人,要像‘毅力号’火星车一样不怕困难、不怕失败。”
 

责任编辑:日升

 

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