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树莓派:人在太空,刚下火箭,诚招小于19岁的代码开发者

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量子位 2021-06-15 18:19

博雯 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

这是一位正在国际空间站执行任务的宇航员。

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再拉近一点,猜得出他身边这个一直在亮的小东西是什么吗?

——树莓派!

只不过,这是树莓派的太空特别定制版——Astro Pi

去太空干什么?

Debug。

当然,做的是在地球完成不了的那种任务:

从太空中观测并分析地球表面云层、计算太空中空间站的轨道、分析国际空间站内的气温和湿度……

完成这些任务的代码在地球上编写而成,由Astro Pi收集,然后搭上欧洲航空局的火箭飞往太空。

这是一项为19岁以下的青少年们设计的挑战。

在2014年立项时,英国商务部为这项竞赛投入了200万英镑。商务部长Vince Cable表示:

这项挑战将帮助下一代在兴趣中获得工业产业所需要的技能。创造出未来的工程师是我们工业战略的一部分,这一竞赛将对世界级技能培养作出长期贡献。

参加的学生们将围绕航天器传感器、卫星成像、空间测量、数据融合和空间辐射这五个主题进行设计和编码。

参赛者们在线上模拟器Sense HAT上使用Python进行开发。

这是一项无限激发人的创造力和科学思维的挑战。

——就像是树莓派的使用者们一直在做的那样。

而最终,宇航员会将在太空运行得到的结果和日志下载下来,返回给地球上的开发者们,并在各年龄段都评出获胜者。

获胜者会得到一套标准树莓派,一套限定“太空派”,一张电子证书,并获得与Astro Pi团队以及宇航员见面的机会。

但其实对于孩子们来说,我的代码在太空里运行,本身就是一件足够酷的事情了。

“我能够实现我的梦想:宇宙、编程、还有跟我的朋友们一起工作……”

太空版树莓派的独特之处

众所周知,限定的总是高贵的。

那这款限定的“太空派”到底有哪些尊贵标志呢?

首先,Astro Pi拥有一个相当好(贵)的航天用铝制外壳,以及同样是航天用级别的散热鳍片、粘贴扣和支撑臂。

然后是一个I²C 的传感器,包括:

  • 惯性测量传感器
    用来检测国际空间站的助推火箭何时发射,或者作为指南针来寻找方向。
  • 气压温度传感器
  • 相对湿度和温度传感器

输入硬件包括:

  • 安装在PCB上的卫星操纵杆
    有上、下、左、右和中间点击5个按钮,可通过标准的Linux事件系统/dev/input/event*访问。
  • GPIO按钮
    用于关闭、复位、中断检测等功能。
  • 树莓派的标准相机模块
  • 树莓派的NoIR相机模块

输出参数为:8×8 RGB LED矩阵,刷新率60帧,颜色分辨率15位,可通过可通过帧缓冲器驱动器/dev/fb1访问。

还有一个微型控制器,来驱动LED矩阵并扫描操纵杆的输入。

最后是已开源的Python API:

而最终前往太空的共有两台Astro Pi:Ed和Izzy。

其中,Ed主要负责竞赛主题“太空生命”,可以通过它所有的传感器来研究空间站内的生活。

它主要负责的任务包括衡量空间站内的重力方向和力量,分析舱内的空气质量(如气温和湿度),以及计算空间站在轨道上的位置和方向等等。

而Izzy会贴在空间站的一个窗口上对准地球,所以主要用来完成“地球生活”主题的竞赛内容。

包括但不限于通过分析云的形成来预测天气模式,通过使用NDVI调查植被覆盖率随时间的减少来评估气候变化的影响,以及研究地球磁场的变化等任务。

当然,参与这项竞赛的第一位宇航员Tim Peake在鼓励参与者时也表示:

“也可以让世界顶级的科学工程师玩你写的小游戏。”

从2014到现在

2014年12月10日,一项专门为19岁以下青少年开设的Astro Pi挑战赛在英国正式启动。

当时参与这项计划的是英国欧空局的第一位宇航员——Tim Peake,他表示:

利用国际空间站上的Astro Pi传感器收集数据,进行有趣的科学实验,这为年轻人们提供了一个独特的机会来学习计算机知识,这会是一件非常有趣的事!

2015年12月3日,载着两枚太空版树莓派的运载火箭发射了。

3个月后,Tim Peake从太空发来了开箱视频:

他展示了一个正在通过舱门玻璃在拍摄太空星体图像的“太空派”。

到了2017年,法国欧航局的Thomas Pesquet也参与了进来(也就是我们文章开头的那位宇航员):

来自64个学生团队的代码在哥伦布实验舱内正常运行。

到5月份,结果、数据和日志文件都成功下载回了地球。

而在这一年的9月,Astro Pi宣布与欧洲航天局(ESA)合作,向ESA的22个成员国都开放了这项竞赛。

竞赛内容也被进一步划分为了两种:零号任务(Mission Zero)和太空任务实验室(Mission Space Lab)。

随着竞赛的内容越来越丰富,参赛者也越来越多,到了2019年,已经有6559份程序代码跟随Astro Pi前往太空。

而就在今年5月,国际空间站再次发回了来自14993位年轻人的9408份程序运行结果。

其中,就有使用Astro Pi的红外相机拍摄地球表面的图像。

除了这种向外研究地球和其他星体的实验,还有团队着力于观测空间站内部情况,或计算空间站轨道位置。

目前,今年的Astro Pi之旅还没有选出最后的获胜者。但对于很多人来说,这已经是一场不可思议的挑战了。

成年人也能参加吗?

这项竞赛对欧洲航空局成员国在内的所有青少年开放,只要你在19岁以下,就可以在竞赛开放时间进入官方报名。

但这时就有成年人嫉妒了:“我应该还没那么老!”

Astro Pi官方则积极回应道:

官方团队表示,当你的年龄超出参赛范围时,你仍可以作为团队的一员参与这项挑战——以团队导师的身份。

团队导师是参赛的学生们和Astro Pi团队之间的联系,也是参赛团队和欧洲航空局之间的联系。

当团队的代码在空间站上运行之后,导师将与参赛的学生们共同接受宇航员的祝贺,捧起那份荣誉的证书。

Astro Pi官网:
https://astro-pi.org/

Python API:
https://github.com/astro-pi/python-sense-hat

参考链接:
[1]https://www.raspberrypi.org/blog/how-you-an-adult-take-part-in-european-astro-pi-challenge/
[2]https://www.raspberrypi.org/blog/european-astro-pi-mission-complete/
[3]https://www.raspberrypi.org/blog/sense-hat-emulator/

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