前言

通過歐洲宇航派挑戰(zhàn)賽（European Astro Pi Challenge），年輕人通過在國際空間站（ISS）上的樹莓派（Raspberry Pi）計(jì)算機(jī)上運(yùn)行代碼的獨(dú)特體驗(yàn)，參與計(jì)算編程。歐洲宇航派挑戰(zhàn)賽是歐洲航天局（ESA）教育項(xiàng)目，與樹莓派基金會(huì)合作開展，面向歐洲航天局成員國及合作伙伴國家中19歲以下的青少年開放。每年，該挑戰(zhàn)賽設(shè)有兩項(xiàng)任務(wù)：零號(hào)任務(wù)（Mission Zero）和太空實(shí)驗(yàn)室任務(wù)（Mission Space Lab）。

在太空實(shí)驗(yàn)室任務(wù)中，青少年團(tuán)隊(duì)合作編寫用于國際空間站科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序計(jì)算機(jī)。我們會(huì)測(cè)試這些程序，確保其能夠正常運(yùn)行，并且不含可能對(duì)國際空間站及其網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不利影響的功能。最具創(chuàng)意且設(shè)計(jì)精良的程序?qū)⒈贿x中部署到國際空間站，即獲得“飛行狀態(tài)”。這些程序隨后將在國際空間站上的兩臺(tái)宇航派計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，這兩臺(tái)計(jì)算機(jī)是經(jīng)過太空適配的樹莓派，配備有攝像頭和一系列環(huán)境傳感器。

零號(hào)任務(wù)團(tuán)隊(duì)將藝術(shù)作品送入太空

今年，來自歐洲各地及符合條件的 ESA 成員國的 25,000 多名青年將他們的程序“上傳”至國際空間站上的 Astro Pi 計(jì)算機(jī)，這些程序?qū)⒃谖磥韼字軆?nèi)運(yùn)行。

零號(hào)任務(wù)是一項(xiàng)面向幾乎無或僅有少量編程經(jīng)驗(yàn)兒童的趣味活動(dòng)。我們邀請(qǐng)年輕人創(chuàng)建一個(gè) Python 程序，用于展示一幅 8×8 像素的圖像或動(dòng)畫。該程序隨后會(huì)被發(fā)送至國際空間站，每一幅像素藝術(shù)作品都將在國際空間站上的 Astro Pi 計(jì)算機(jī)的 LED 矩陣顯示屏上展示 30 秒。

國際空間站上的 Astro Pi

我們將“動(dòng)植物”作為青年像素藝術(shù)創(chuàng)作的靈感主題，因?yàn)樵撝黝}去年大受歡迎，今年也未讓我們失望：今年，有 24,378 名青年提交了 16,039 件零號(hào)任務(wù)作品！

我們已對(duì)每個(gè)程序進(jìn)行了測(cè)試，并很高興地宣布，15,942 個(gè)零號(hào)任務(wù)程序?qū)⒂?5 月中旬在國際空間站上運(yùn)行。

我們?cè)俅螌?duì)青年們創(chuàng)作的精彩圖像和動(dòng)畫感到驚嘆。在開展 Astro Pi 挑戰(zhàn)賽的過程中，查看所有提交的作品是最令人愉悅且富有啟發(fā)性的工作之一。以下是今年我們精選的一些最愛作品：

部分零號(hào)任務(wù)提交作品

不同方法：各團(tuán)隊(duì)如何計(jì)算國際空間站的速度

對(duì)于太空實(shí)驗(yàn)室任務(wù)，我們邀請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)更豐富的青年程序員迎接一項(xiàng)科學(xué)挑戰(zhàn)：計(jì)算國際空間站繞地球運(yùn)行的速度。

各團(tuán)隊(duì)的任務(wù)是編寫一個(gè)程序，利用 Astro Pi 的傳感器和可見光相機(jī)采集數(shù)據(jù)以進(jìn)行計(jì)算，我們非常享受觀察各團(tuán)隊(duì)采用的不同方法。

一些團(tuán)隊(duì)決定通過計(jì)算地球表面兩張照片中兩點(diǎn)之間的距離，并結(jié)合國際空間站經(jīng)過這兩點(diǎn)所需的時(shí)間來得出速度。這種方法需要運(yùn)用特征提取技術(shù)，并需考慮地面采樣距離（即從上方拍攝的地面圖像中一個(gè)像素所代表的平方米數(shù)），以獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。

我們還看到一些團(tuán)隊(duì)利用陀螺儀的數(shù)據(jù)，結(jié)合角度讀數(shù)和照片來計(jì)算速度。還有一些團(tuán)隊(duì)則通過運(yùn)動(dòng)方程和加速度計(jì)的采樣來推導(dǎo)速度。

從 Astro Pi 捕獲的圖像中提取的特征示例

所有從 Astro Pi 傳感器獲取多個(gè)樣本或多張圖像的團(tuán)隊(duì)，都必須決定如何輸出國際空間站速度的最終估算值。大多數(shù)團(tuán)隊(duì)選擇使用平均值。但也有少數(shù)團(tuán)隊(duì)選擇根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)（貝葉斯濾波）篩選樣本，僅選擇“最佳”樣本，還有一些團(tuán)隊(duì)則使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型和 Astro Pi 的機(jī)器學(xué)習(xí)加密狗來選擇要使用的圖像或數(shù)據(jù)樣本。一些團(tuán)隊(duì)甚至在最終估算值中提供了置信度評(píng)分。

236 個(gè)太空實(shí)驗(yàn)室任務(wù)團(tuán)隊(duì)獲得飛行資格

無論團(tuán)隊(duì)選擇何種方式應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，在他們的程序能夠在國際空間站上運(yùn)行之前，我們需要確保一些事項(xiàng)。首先，我們會(huì)檢查他們是否遵循了挑戰(zhàn)規(guī)則并滿足國際空間站的安全要求。接下來，我們會(huì)檢查程序能否在 Astro Pi 上無錯(cuò)誤運(yùn)行，因?yàn)閲H空間站上的宇航員無法停下手中的工作來解決問題。

因此，所有提交給我們的程序都必須經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試流程，才能被送入太空。我們會(huì)在多臺(tái) Astro Pi 模擬設(shè)備上運(yùn)行每個(gè)程序，然后按順序運(yùn)行所有程序，以確保沒有問題。如果程序通過測(cè)試，就會(huì)被授予“飛行資格”，并可以發(fā)送到太空中運(yùn)行。

今年，236支隊(duì)伍被授予飛行資格。這些小組代表了來自歐洲22個(gè)國家和歐空局成員國的889名年輕人。這些年輕人的平均年齡是15歲，其中27%是女孩。英國獲得飛行資格的隊(duì)伍最多(61支)，其次是捷克共和國(23支)和羅馬尼亞(22支)。你可以在年度Astro Pi impact報(bào)告中看到這與去年的對(duì)比，并探索參與者數(shù)據(jù)的其他細(xì)分。

我們祝賀所有獲得飛行資格的太空實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì):這是一個(gè)偉大的成就。所有這些團(tuán)隊(duì)都將被邀請(qǐng)參加6月份與歐空局宇航員的在線現(xiàn)場(chǎng)問答。我們迫不及待地想知道你會(huì)向我們提出什么樣的宇航員問題。

暫停給國際空間站充電

通常，Astro Pi程序從四月底持續(xù)運(yùn)行到五月底。然而，今年，在我們頭頂?shù)奶炜罩邪l(fā)生了一件有趣的事情，這意味著節(jié)目將暫停幾天。國際空間站將移動(dòng)其在“β角”的位置，并旋轉(zhuǎn)其方向，以最大限度地利用其太陽能電池板捕捉陽光。

國際空間站通常需要90分鐘完成它的軌道，其中45分鐘在陽光下，45分鐘在黑暗中。當(dāng)它沿著β角移動(dòng)時(shí)，它將處于持續(xù)的陽光中，允許它捕獲大量的太陽能并給電池充電。在新的方位，國際空間站暴露在太陽增加的熱量下，所以百葉窗必須關(guān)閉，以幫助宇航員保持涼爽。這意味著幾天內(nèi)不可能拍攝地球表面的照片。

接下來呢？

一旦所有的程序運(yùn)行完畢，我們將把實(shí)驗(yàn)中收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給太空實(shí)驗(yàn)室小組。所有成功的零任務(wù)和任務(wù)空間實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)和導(dǎo)師也將獲得個(gè)人證書，以表彰他們的任務(wù)完成。

原文地址：

https://www.raspberrypi.org/blog/young-peoples-astro-pi-code-is-sent-to-the-international-space-station/