火星直升机上的自主健康评估与全球定位系统：迈向多次飞行任务

《IEEE Transactions on Field Robotics》：Onboard Autonomous Health Assessment and Global Localization for the Mars Helicopter: Towards Multi-Flight Operations

　　NASA火星直升机Ingenuity完成72次飞行远超原计划，地面在环测试保障系统可靠性但限制多任务操作。本文提出在轨自主验证框架，实现系统健康评估与全球定位自主化，为火星科学直升机及Dragonfly等未来任务提供多任务飞行解决方案。

　　

摘要：

美国宇航局的火星直升机“Ingenuity”在2021年4月19日完成了首次在其他行星上的成功动力飞行，这一成就标志着太空机器人领域的一个历史性时刻。尽管该直升机最初仅作为技术演示项目发射，计划执行5次飞行任务，但它最终实际完成了72次飞行，几乎是原计划的15倍，最后一次飞行发生在2024年1月18日。该直升机能够持续运行如此长时间，离不开一个严格的地面循环测试流程：在这一过程中，人类工程师会实时定位直升机的位置，并评估其系统状态及飞行准备情况。然而，这种地面测试机制限制了“Ingenuity”进行多次连续飞行的能力。虽然对于技术演示来说这种设计已经足够，但我们认为这会严重限制未来任务（如“Mars Science Helicopter”或“Dragonfly”旋翼机）的科学探索潜力。因此，我们提出了一种自主性框架，旨在通过自主执行系统状态评估和全局定位任务来模拟地面循环测试过程，从而实现未来飞行器的多次连续飞行。我们讨论了这一挑战所带来的问题、影响我们研究方法与评估结果的任务参数，以及我们在研究过程中获得的经验教训，并探讨了这些经验如何应用于类似的任务中（如“Mars Science Helicopter”和“Dragonfly”）。