【太空版の樹莓派】官方推 Astro Pi 開發板,你的程式碼也能射上宇宙、執行任務了

【我們為什麼挑選這篇文章】樹莓派作為開發板的便宜價格、小體積、強大的擴充功能,以及豐富的 open source,是許多開發神人的最愛,而身為樹莓派迷的你,必須知道樹莓派還有個宇宙特製版的 — 太空派(Astro Pi),可以讓你的 Code 上太空運作!(責任編輯:徐宇儂)

本文經 AI 新媒體量子位(公眾號 ID:QbitAI)授權轉載,轉載請連繫出處
作者:量子位

這是一位正在國際太空站執行任務的太空員。

再拉近一點,猜得出他身邊這個一直在亮的小東西是什麼嗎?

— 樹莓派!

只不過,這是樹莓派的太空特別定製版 —  Astro Pi。

競賽自 2014 年開跑,太空版樹莓派把你的 Code 射向宇宙

去太空幹麻?

Debug。

當然,做的是在地球完成不了的那種任務:

從太空中觀測並分析地球表面雲層、計算太空站的軌道、分析國際太空站內的氣溫和濕度…

完成這些任務的 程式碼在地球上編寫而成,由 Astro Pi 收集,然後搭上歐洲太空總署的火箭飛往太空

這是一項為 19 歲以下的青少年們設計的挑戰。

編按:大家勿錯過本文末!19 歲以上、不屬歐洲太空總署(ESA)的 22 個成員國內的大人們,也可以透過另一種方式參加 Astro Pi 競賽,讓你的程式碼快樂飛上太空。

在 2014 年立項時,英國商務部為這項競賽投入了 200 萬英鎊。商務部長 Vince Cable 表示:

這項挑戰將幫助下一代在興趣中獲得工業產業所需要的技能。創造出未來的工程師是我們工業戰略的一部分,這一競賽將對世界級技能培養作出長期貢獻。

參加的學生們將圍繞太空飛行器感測器、衛星成像、太空測量、數據融合和太空輻射這五個主題進行設計和編碼。

參賽者們在線上模擬器 Sense HAT 上使用 Python 進行開發。

這是一項無限激發人的創造力和科學思維的挑戰。

— 就像是樹莓派的使用者們一直在做的那樣。

而最終,太空員會將在太空運行得到的結果和日誌下載下來,返回給地球上的開發者們,並在各年齡段都評出獲勝者。

獲勝者會得到一套標準樹莓派,一套限定「太空派」,一張電子證書,並獲得與 Astro Pi 團隊以及太空員見面的機會。

但其實對於孩子們來說,我的 Code 在太空裡運行,本身就是一件足夠酷的事情了。

那太空版樹莓派有什麼獨特之處?

眾所周知,限定的總是高貴的。

那這款限定的「太空派」到底有哪些尊貴標誌呢?

首先,Astro Pi 擁有一個相當好(貴)的航太用鋁製外殼,以及同樣是航太用級別的散熱鰭片、粘貼扣和支撐臂。

然後是一個 I²C 的感測器,包括:

  • 慣性測量感測器
    用來檢測國際太空站的助推火箭何時發射,或者作為指南針來尋找方向。
  • 氣壓溫度感測器
  • 相對濕度和溫度感測器

輸入硬體包括:

  • 安裝在 PCB 上的衛星操縱桿
    有上、下、左、右和中間點擊 5 個按鈕,可通過標準的 Linux 事件系統/dev/input/event* 訪問。
  • GPIO 按鈕
    用於關閉、復位、中斷檢測等功能。
  • 樹莓派的標準相機模塊
  • 樹莓派的 NoIR 相機模塊

輸出參數為:8×8 RGB LED 矩陣,刷新率 60 幀,顏色分辨率 15 位,可通過幀緩衝器驅動器/dev/fb1 訪問。

還有一個微型控制器,來驅動 LED 矩陣並掃描操縱桿的輸入。

最後是已開源的 Python API:

而最終前往太空的共有兩台 Astro Pi:Ed 和 Izzy。

其中,Ed 主要負責競賽主題「太空生命」,可以透過它所有的感測器來研究太空站內的生活。

它主要負責的任務包括衡量太空站內的重力方向和力量,分析艙內的空氣質量(如氣溫和濕度),以及計算太空站在軌道上的位置和方向等等。

而 Izzy 會貼在太空站的一個窗口上對準地球,所以主要用來完成「地球生活」主題的競賽內容。

包括但不限於透過分析雲的形成來預測天氣模式、使用 NDVI 調查植被覆蓋率隨時間的減少來評估氣候變化的影響,以及研究地球磁場的變化等任務。

當然,參與這項競賽的第一位太空員 Tim Peake 在鼓勵參與者時也表示:

你也可以寫出讓世界頂級的科學工程師在閒暇之餘玩的小遊戲。

太空版樹莓派應用變化多,競賽任務主要分為兩級

2014 年 12 月 10 日,一項專門為 19 歲以下青少年開設的 Astro Pi 挑戰賽在英國正式啟動。

當時參與這項計劃的是英國 ESA 的第一位太空員 — Tim Peake,他表示:

利用國際太空站上的 Astro Pi 感測器收集數據,進行有趣的科學實驗,這為年輕人們提供了一個獨特的機會來學習電腦知識,這會是一件非常有趣的事!

2015 年 12 月 3 日,載著兩枚太空版樹莓派的運載火箭發射了。

3 個月後,Tim Peake 從太空發來了開箱影片:

他展示了一個正在透過艙門玻璃在拍攝太空星體圖像的「太空派」。

到了 2017 年,法國歐航局的 Thomas Pesquet 也參與了進來(也就是我們文章開頭的那位太空員):

來自 64 個學生團隊的程式碼在哥倫布實驗艙內正常運行。

到 5 月份,結果、數據和日誌文件都成功下載回了地球。

而在 這一年(2017 年)的 9 月,Astro Pi 宣布與歐洲太空總署(ESA)合作,向 ESA 的 22 個成員國都開放了這項競賽

競賽內容也被進一步劃分為了兩種: 零號任務(Mission Zero)太空任務實驗室(Mission Space Lab)

隨著競賽的內容越來越豐富,參賽者也越來越多,到了 2019 年,已經有 6559 份程式碼跟隨 Astro Pi 前往太空。

而就在 今年(2021 年)5 月,國際太空站再次發回了來自 14993 位年輕人的 9408 份程式運行結果。

其中,就有使用 Astro Pi 的紅外相機拍攝地球表面的圖像。

樹莓派:人在太空,剛下火箭,誠招小於19歲的代碼開發者

除了這種向外研究地球和其他星體的實驗,還有團隊著力於觀測太空站內部情況,或計算太空站軌道位置。

目前,今年的 Astro Pi 之旅還沒有選出最後的獲勝者。但對於很多人來說,這已經是一場不可思議的挑戰了。

聽起來很炫炮,成年人也能報名參加太空版樹莓派的競賽嗎?

這項競賽對歐洲航空局成員國在內的所有青少年開放,只要你在 19 歲以下,就可以在競賽開放時間進入官方報名。

但這時就有成年人嫉妒了:「我應該還沒那麼老!」

樹莓派:人在太空,剛下火箭,誠招小於19歲的代碼開發者

Astro Pi 官方則積極回應道:

樹莓派:人在太空,剛下火箭,誠招小於19歲的代碼開發者

官方團隊表示,當你的年齡超出參賽範圍時,你仍可以作為團隊的一員參與這項挑戰 — 以團隊導師的身份。

團隊導師是參賽的學生們和 Astro Pi 團隊之間的聯繫,也是參賽團隊和歐洲太空總署之間的聯繫。

當團隊的程式碼在國際太空站上運行之後,導師將與參賽的學生們共同接受太空員的祝賀,捧起那份榮譽的證書。

樹莓派:人在太空,剛下火箭,誠招小於19歲的代碼開發者

>> Astro Pi 官網 <<
>> Python API <<

參考資料: 樹莓派官方部落格 1樹莓派官方部落格 2樹莓派官方部落格 3

(本文經 AI 新媒體量子位 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈樹莓派:人在太空,剛下火箭,誠招小於 19 歲的代碼開發者 〉。)

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