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。
