Poniżej znajduje się końcowy fragment mojej nowej książki „Incredible Stories From Space: A Behind the the scenes Spojrzenie na misje zmieniające nasze spojrzenie na kosmos”. Książka jest wglądem w kilka aktualnych robotycznych misji NASA, a ten fragment jest częścią 3 z 3 opublikowaną tutaj w Space Magazine, rozdział 2, „Roving Mars with Curiosity”. Możesz przeczytać część 1 tutaj, a część 2 tutaj. Książka jest dostępna w formie drukowanej lub w e-booku (Kindle lub Nook) Amazon oraz Barnes & Noble.
Jak prowadzić łazika marsjańskiego
Skąd Curiosity wie, gdzie i jak jeździć po powierzchni Marsa? Możesz wyobrazić sobie inżynierów z JPL za pomocą joysticków, podobnych do tych używanych do zdalnych zabawek lub gier wideo. Ale w przeciwieństwie do jazdy samochodem RC lub grania, kierowcy łazika Mars nie mają natychmiastowych danych wizualnych ani ekranu wideo, aby zobaczyć, dokąd jedzie. I tak jak podczas lądowania, zawsze występuje opóźnienie, kiedy polecenie zostanie wysłane do łazika i kiedy zostanie odebrane na Marsie.
„Ze względu na opóźnienie nie prowadzi się samochodu w czasie rzeczywistym” - wyjaśnił John Michael Morookian, który kieruje zespołem kierowców łazików.
Rzeczywisty tytuł Morookiana i jego zespołu to „Projektanci łazików”, który precyzyjnie opisuje ich działania. Zamiast „prowadzić” łaziki per se; planują trasę z wyprzedzeniem, programują specjalistyczne oprogramowanie i przesyłają instrukcje do Curiosity.
„Używamy zdjęć wykonanych przez łazik jego otoczenia” - powiedział Morookian. „Mamy zestaw obrazów stereo z czterech czarno-białych kamer nawigacyjnych, wraz z obrazami z kamer Hazcams (kamer unikania zagrożeń), obsługiwanych przez kolorowe obrazy o wysokiej rozdzielczości z kamery MastCam, które dają nam szczegółowe informacje na temat charakteru terenu naprzód i wskazówki na temat rodzajów skał i minerałów w tym miejscu. Pomaga to zidentyfikować struktury, które wyglądają interesująco dla naukowców. ”
Korzystając ze wszystkich dostępnych danych, mogą stworzyć trójwymiarową wizualizację terenu za pomocą specjalistycznego oprogramowania o nazwie Rover Sequencing and Visualization Program (RSVP).
„Jest to w zasadzie symulator Marsa i umieściliśmy symulowaną Ciekawość w panoramie sceny, aby zobrazować, w jaki sposób łazik może przemierzać swoją drogę” - wyjaśnił Morookian. „Możemy również założyć okulary stereo, które pozwalają naszym oczom zobaczyć scenę w trzech wymiarach, jakbyśmy byli tam z łazikiem.
W rzeczywistości wirtualnej kierowcy łazika mogą manipulować sceną i łazikiem, aby przetestować każdą możliwość wyboru najlepszych tras i obszarów, których należy unikać. Tam mogą popełnić wszystkie błędy (utknąć w wydmie, przechylić łazik, rozbić się na dużą skałę, zjechać z przepaści) i udoskonalić sekwencję jazdy, podczas gdy prawdziwy łazik pozostaje bezpieczny na Marsie.
„Naukowcy sprawdzają również zdjęcia pod kątem interesujących funkcji i konsultują się z projektantami Rovera, aby pomóc w określeniu ścieżki. Następnie tworzymy szczegółowe polecenia, które są niezbędne, aby przenieść ciekawość z punktu A do punktu B na tej ścieżce - powiedział Morookian. „” Możemy również wprowadzić polecenia potrzebne, aby wskazać łazikowi kierunek kontaktu z miejscem za pomocą jego robota. ”
Tak więc każdej nocy łazikowi nakazuje się wyłączyć na osiem godzin, aby naładować akumulatory za pomocą generatora jądrowego. Ale najpierw Ciekawość wysyła dane na Ziemię, w tym zdjęcia terenu i wszelkie informacje naukowe. Na Ziemi projektanci łazików pobierają te dane, wykonują prace planistyczne, wykonują programowanie i przesyłają informacje z powrotem na Marsa. Następnie budzi się ciekawość, pobiera instrukcje i uruchamia się. Cykl się powtarza.
Ciekawość ma również funkcję AutoNav, która pozwala łazikowi przemierzać obszary, których zespół jeszcze nie widział na zdjęciach. Tak więc może przejść przez wzgórze i zejść na drugą stronę do niezbadanego terytorium, a AutoNav wyczuwa potencjalne zagrożenia.
„Nie używamy go zbyt często, ponieważ jest on drogi pod względem obliczeniowym, co oznacza, że działanie łazika w tym trybie zajmuje znacznie więcej czasu” - powiedział Morookian. „Często okazuje się, że lepiej jest przyjść następnego dnia, spojrzeć na zdjęcia i jechać tak daleko, jak to możliwe”.
Kiedy Morookian pokazał mi różne pokoje używane przez zespoły planowania łazików w JPL, wyjaśnił, w jaki sposób muszą działać w różnych przedziałach czasowych.
„Mamy nie tylko codzienne planowanie trasy”, powiedział, „ale także wykonujemy strategiczne planowanie dalekiego zasięgu z wykorzystaniem zdjęć orbitalnych z kamery HiRISE na Mars Reconnaissance Orbiter i wybieramy ścieżki w oparciu o obiekty widziane z orbity. Nasz zespół pracuje strategicznie, szukając wielu miesięcy, aby określić najlepsze ścieżki. ”
Kolejny proces zwany Supra-Tactical wychodzi na następny tydzień. Obejmuje to planistów naukowych zarządzających i dopracowujących rodzaje działań, które łazik będzie wykonywać w krótkim okresie. Ponadto, ponieważ nikt z zespołu nie mieszka już w Czasie Marsa, w piątki projektanci łazików opracowują plany na kilka dni.
„Ponieważ nie pracujemy w weekendy, piątkowe plany zawierają wiele podeszew działań” - powiedział Morookian. „Dwa równoległe zespoły decydują, w które dni łazik będzie jeździł, a które dni wykonają inne czynności, takie jak praca z ramieniem robota lub innymi instrumentami.”
Dane, które pochodzą z łazika w weekend, są jednak monitorowane, a jeśli wystąpi problem, zespół jest proszony o bardziej szczegółową ocenę. Morookian wskazał, że kilkakrotnie musiał zaangażować ekipę weekendową, ale jak dotąd nie było poważnych problemów. „Jednak utrzymuje nas to na palcach” - powiedział.
W łaziku zastosowano szereg reaktywnych kontroli bezpieczeństwa dotyczących całkowitego pochylenia pokładu łazika i przegubu układu zawieszenia kół, więc jeśli łazik przejeżdża nad zbyt dużym przedmiotem, zatrzyma się automatycznie.
Ciekawość nie została stworzona z myślą o szybkości. Został zaprojektowany, aby podróżować do 200 metrów na dzień, ale rzadko podróżuje tak daleko w Sol. Na początku 2016 r. Łazik przejechał w przybliżeniu około 7,5 mili (12 km) po powierzchni Marsa.
Istnieje kilka sposobów na określenie, jak daleko posunęła się Ciekawość, ale najdokładniejszy pomiar nazywa się „wizualną odometrią”. Ciekawość ma specjalne kółka w kształcie liter alfabetu Morse'a, określające „JPL” - ukłon w stronę domu zespołów naukowych i inżynieryjnych łazika - na całej ziemi marsjańskiej.
„Wizometria wizualna polega na porównaniu najnowszej pary obrazów stereo zebranych mniej więcej co metr na dysku”, powiedział Morookian. „Poszczególne elementy w scenie są dopasowywane i śledzone, aby zmierzyć sposób, w jaki kamera (a tym samym łazik) przetłumaczyła i obróciła się w trójwymiarowej przestrzeni między dwoma obrazami i w bardzo realny sposób mówi nam, jak daleko posunęła się ciekawość . ”
Dokładna kontrola śladów łazika może ujawnić rodzaj przyczepności kół i ich poślizg, na przykład z powodu wysokich pochyłości lub piaszczystego podłoża.
Niestety, Curiosity ma teraz nowe dziury w kołach, których nie powinno tam być.
Problemy z łazikiem
Morookian i naukowiec projektu Ashwin Vasavada wyrazili zarówno ulgę, jak i satysfakcję, że ogólnie - aż po misję - Ciekawość jest dość zdrowym łazikiem. Cały ładunek naukowy działa obecnie z prawie pełnymi możliwościami. Ale zespół inżynierów pilnuje kilku kwestii.
„Około roku sol 400 zdaliśmy sobie sprawę, że koła zużywają się szybciej, niż się spodziewaliśmy”, powiedział Vasavada.
I zużycie nie składało się z małych dziur; zespół zaczął widzieć przebicia i paskudne łzy. Inżynierowie zdali sobie sprawę, że dziury są tworzone przez twarde, poszarpane skały, po których jechał łazik.
„Nie spodziewaliśmy się w pełni rodzaju„ spiczastych ”skał, które wyrządzają szkody”, powiedział Vasavada. „Przeprowadziliśmy również testy i zobaczyliśmy, jak jedno koło może wepchnąć inne koło w skałę, co pogorszy szkody. Teraz jedziemy ostrożniej i nie prowadzimy tak długo, jak w przeszłości. Byliśmy w stanie wyrównać obrażenia do bardziej akceptowalnego poziomu ”.
Na początku misji komputer Curiosity przeszedł kilka razy w „tryb awaryjny”, ponieważ oprogramowanie Curiosity rozpoznało problem, a odpowiedzią było uniemożliwienie dalszej aktywności i telefon do domu.
Specjalistyczne oprogramowanie do ochrony przed usterkami działa w modułach i przyrządach, a gdy wystąpi problem, łazik zatrzymuje się i wysyła dane zwane „zapisami zdarzeń” na Ziemię. Zapisy obejmują różne kategorie pilności, a na początku 2015 r. Łazik wysłał wiadomość, która zasadniczo powiedziała: „To bardzo, bardzo źle”. Wiertło na ramieniu łazika doświadczyło fluktuacji prądu elektrycznego - jak zwarcie.
„Oprogramowanie Curiosity ma zdolność wykrywania zwarć, takich jak przerywacz obwodu ziemnozwarciowego, który masz w swojej łazience”, wyjaśnił Morookian, „z wyjątkiem tego, że ten mówi ci„ to bardzo, bardzo źle ”zamiast po prostu dać ci żółte światło”.
Ponieważ zespół nie może udać się na Marsa i naprawić problemu, wszystko zostało naprawione przez wysłanie aktualizacji oprogramowania do łazika lub zmianę procedur operacyjnych.
„Jesteśmy teraz bardziej ostrożni z tym, jak korzystamy z wiertła”, powiedział Vasavada, „i nie ćwiczymy z pełną siłą na początku, ale powoli się rozwijamy. To trochę tak, jak jedziemy teraz, bardziej ostrożnie, ale nadal wykonuje to zadanie. Jak dotąd nie miało to wielkiego wpływu ”.
Lżejsze dotknięcie wiertła było również konieczne w przypadku miękkich piaskowców i piaskowców, na które napotkał łazik. Morookian powiedział, że istnieje obawa, że skały warstwowe mogą nie wytrzymać ataku standardowego protokołu wiercenia, więc dostosowali technikę, aby używać najniższych „ustawień”, które wciąż pozwalają wiertarce robić wystarczający postęp w skale.
Ale możliwości korzystania z wiertła rosną, gdy Ciekawość zaczyna wędrować po górze. Łazik podróżuje przez to, co Vasavada nazywa „obszernym, bardzo interesującym obszarem”, ponieważ zespół naukowy pracuje nad powiązaniem geologicznego kontekstu wszystkiego, co widzą na zdjęciach.
Znalezienie równowagi na Marsie
Podczas gdy dywersja w Yellowknife Bay pozwoliła zespołowi na dokonanie kilku ważnych odkryć, poczuli presję, aby dostać się na Mt. Ostry, więc „jeździłem jak diabli przez rok”, powiedział Vasavada.
Teraz na górze wciąż jest presja, aby jak najlepiej wykorzystać misję, aby przejść przez co najmniej cztery różne jednostki skalne - lub warstwy - na Mt. Ostry. Każda warstwa może być jak rozdział w historii Marsa.
„Odkrywanie Mt. Sharp jest fascynujący - powiedział Vasavada - i staramy się zachować mieszankę naprawdę wspaniałych odkryć, które - jak nienawidzisz powiedzieć - spowalniają nas i wspinają się na górę. Patrząc uważnie na skałę przed sobą, nigdy nie będziesz w stanie podejść i spojrzeć na inną interesującą skałę tam ”.
Vasavada i Morookian stwierdzili, że wyzwaniem jest zachowanie tej równowagi każdego dnia - znalezienie tak zwanego „kolana na zakręcie” lub „idealnego punktu” idealnej optymalizacji między jazdą a zatrzymywaniem się dla nauki.
Następnie istnieje równowaga między zatrzymaniem się na pełną obserwację wszystkimi instrumentami a „nauką przelotową”, w której dokonuje się mniej intensywnych obserwacji.
„Przyjmujemy obserwacje, które możemy, i generujemy wszystkie hipotezy, jakie możemy w czasie rzeczywistym”, powiedział Vasavada. „Nawet jeśli otrzymamy 100 otwartych pytań, wiemy, że możemy odpowiedzieć na pytania później, o ile wiemy, że pobraliśmy wystarczającą ilość danych”.
Głównym celem ciekawości nie jest szczyt, lecz region około 400 metrów wyżej, w którym geolodzy spodziewają się znaleźć granicę między skałami, które widziały dużo wody w ich historii, a tymi, które tego nie zrobiły. Ta granica zapewni wgląd w przejście Marsa z mokrej planety na suchą, wypełniając kluczową lukę w zrozumieniu historii planety.
Nikt tak naprawdę nie wie, jak długo potrwa Ciekawość, ani czy zaskoczy wszystkich takich jak jej Duch i Szansa. Po minięciu „głównej misji” jednego roku na Marsie (dwóch ziemskich lat), a teraz w rozszerzonej misji, jedną wielką zmienną jest źródło zasilania RTG. Chociaż dostępna moc zacznie się stopniowo zmniejszać, zarówno Vasavada, jak i Morookian nie spodziewają się, że będzie to stanowić problem jeszcze przez co najmniej cztery kolejne ziemskie lata, a przy odpowiednim „wychowaniu” moc może trwać kilkanaście lat lub dłużej.
Ale wiedzą też, że nie można przewidzieć, jak długo potrwa ciekawość ani jakie nieoczekiwane wydarzenie może zakończyć misję.
Bestia
Czy Curiosity ma osobowość podobną do poprzednich łazików Marsa?
„Właściwie nie, nie wydajemy się antropomorfizować tego łazika, jak ludzie z Duchem i Okazją”, powiedział Vasavada. „Nie związaliśmy się z tym emocjonalnie. Socjologowie faktycznie to badają. ” Pokręcił głową z rozbawionym uśmiechem.
Vasavada wskazał, że może to mieć coś wspólnego z rozmiarem Ciekawości.
„Myślę o tym jak o gigantycznej bestii” - powiedział z poważną miną. „Ale wcale nie wredny sposób”.
Vasavada powiedział, że to, co przyszło scharakteryzować tę misję, to jej złożoność w każdym wymiarze: ludzki komponent zmuszenia 500 osób do współpracy i współpracy przy jednoczesnej optymalizacji talentów wszystkich; dbanie o bezpieczeństwo i zdrowie łazika; i utrzymywanie dziesięciu instrumentów dziennie, które czasami wykonują całkowicie niepowiązane zadania naukowe.
„Każdy dzień to nasze własne„ siedem minut terroru ”, w których tak wiele rzeczy musi iść każdego dnia,” powiedział Vasavada. „Istnieje milion potencjalnych problemów i interakcji i musisz stale zastanawiać się nad wszystkimi sposobami, które mogą pójść nie tak, ponieważ istnieje milion sposobów, w jakie możesz zepsuć. To skomplikowany taniec, ale na szczęście mamy świetny zespół ”.
Potem dodał z uśmiechem: „Ta misja jest ekscytująca, nawet jeśli jest to bestia”.
„Niesamowite historie z kosmosu: spojrzenie zza kulis na misje zmieniające nasze spojrzenie na kosmos” zostało opublikowane przez Page Street Publishing, spółkę zależną Macmillan.
