Ниже приведен последний отрывок из моей новой книги «Невероятные истории из космоса: взгляд за кулисами на миссии, меняющие наш взгляд на космос». Книга представляет собой взгляд изнутри на несколько текущих роботизированных миссий НАСА, и этот отрывок является частью 3 из 3, опубликованной здесь в журнале «Космический журнал» главы 2 «Путешествие по Марсу с любопытством». Вы можете прочитать часть 1 здесь, а часть 2 здесь. Книга доступна в печатном или электронном виде (Kindle или Nook) Amazon и Barnes & Noble.
Как водить марсоход
Как Curiosity знает, где и как проехать через поверхность Марса? Вы можете представить инженеров JPL с помощью джойстиков, похожих на те, которые используются для игрушек с дистанционным управлением или видеоигр. Но в отличие от вождения RC или игр, у водителей марсохода нет непосредственного визуального входа или видеоэкрана, чтобы увидеть, куда движется марсоход. И так же, как при приземлении, всегда есть временная задержка, когда команда отправляется на ровер и когда она принимается на Марсе.
«Это не вождение в интерактивном режиме в реальном времени из-за временной задержки», - объяснил Джон Майкл Морукян, который возглавляет команду водителей роверов.
Фактическое название работы Морукяна и его команды - «Rover Planners», которое точно описывает, что они делают. Вместо «вождения» роверов как таковых; они заранее планируют маршрут, программируют специализированное программное обеспечение и загружают инструкции в Curiosity.
«Мы используем изображения, сделанные ровером его окрестностей», - сказал Морукян. «У нас есть набор стереоизображений с четырех черно-белых навигационных камер, а также изображения с камер Hazcams (камеры предотвращения опасностей), которые поддерживаются цветными изображениями MastCam с высоким разрешением, которые дают нам подробную информацию о природе местности. впереди и подсказки о типах горных пород и минералов на участке. Это помогает определить структуры, которые выглядят интересными для ученых ».
Используя все доступные данные, они могут создавать трехмерную визуализацию местности с помощью специализированного программного обеспечения, называемого Программой секвенирования и визуализации Rover (RSVP).
«По сути, это симулятор Марса, и мы помещаем имитированное Любопытство в панораму сцены, чтобы визуализировать, как марсоход может перемещаться по своему пути», - объяснил Морукян. «Мы также можем надеть стереоочки, которые позволяют нашим глазам видеть сцену в трех измерениях, как если бы мы были там с ровером.
В виртуальной реальности водители ровера могут манипулировать сценой и ровером, чтобы проверить каждую возможность, какие маршруты являются лучшими и какие районы следует избегать. Там они могут совершить все ошибки (застрять в дюне, опрокинуть ровер, врезаться в большой камень, прогнать пропасть) и оттачивать последовательность вождения, пока настоящий марсоход остается в безопасности на Марсе.
«Ученые также просматривают изображения на предмет особенностей, которые интересны, и консультируются с Rover Planners, чтобы помочь определить путь. Затем мы составляем подробные команды, необходимые для того, чтобы доставить Любопытство из пункта А в пункт Б по этому пути », - сказал Морукян. «Мы также можем включить команды, необходимые для определения направления движения ровера, чтобы установить контакт с участком с помощью его роботизированной руки».
Таким образом, каждую ночь роверу приказывают отключаться на восемь часов, чтобы перезарядить свои батареи с помощью ядерного генератора. Но сначала Curiosity отправляет данные на Землю, в том числе изображения местности и любую научную информацию. На Земле Планировщики Rover берут эти данные, выполняют свою работу по планированию, завершают программирование программного обеспечения и передают информацию обратно на Марс. Затем Curiosity просыпается, загружает инструкции и начинает работать. И цикл повторяется.
У Curiosity также есть функция AutoNav, которая позволяет марсоходу пересекать области, которые команда еще не видела на изображениях. Таким образом, он может перебраться через холм и спуститься с другой стороны на неизведанную территорию, где AutoNav обнаружит потенциальные опасности.
«Мы не используем его слишком часто, потому что это вычислительно дорого, то есть для работы ровера в этом режиме требуется гораздо больше времени», - сказал Морукян. «Мы часто находим, что лучше просто прийти на следующий день, посмотреть на изображения и проехать как можно дальше».
Когда Морукян показал мне различные комнаты, используемые командами по планированию роверов в JPL, он объяснил, как они должны работать в разных временных масштабах.
«У нас есть не только ежедневное планирование маршрута, - сказал он, - но также мы осуществляем стратегическое планирование на большие расстояния с использованием орбитальных изображений с камеры HiRISE на разведывательном орбите Марса и выбираем маршруты на основе особенностей, видимых с орбиты. Наша команда работает стратегически, ищет много месяцев, чтобы определить лучшие пути ».
Еще один процесс под названием Supra-Tactical выходит на следующую неделю. Это включает специалистов по планированию науки, которые управляют и совершенствуют виды деятельности, которые будет выполнять ровер в краткосрочной перспективе. Кроме того, поскольку никто из команды больше не живет в Mars Time, по пятницам планировщики Rover разрабатывают планы на несколько дней.
«Поскольку мы не работаем в выходные дни, планы на пятницу содержат множество различных мероприятий», - сказал Морукян. «Две параллельные команды решают, в какие дни будет двигаться ровер и в какие дни он будет выполнять другие действия, такие как работа с роботизированной рукой или другими инструментами».
Однако данные, поступающие от ровера в выходные дни, отслеживаются, и, если возникает проблема, вызывается команда для более детальной оценки. Морукян указал, что им приходилось несколько раз привлекать команду экстренной помощи на выходных, но серьезных проблем пока не было. «Тем не менее, это держит нас в тонусе», - сказал он.
В марсоходе проводится ряд проверок безопасности на предмет полного наклона деки марсохода и сочленения системы подвески колес, поэтому, если марсоход перебирает слишком большой объект, он автоматически останавливается.
Любопытство не было создано для скорости. Он был разработан, чтобы путешествовать до 660 футов (200 метров) в день, но он редко путешествует так далеко в Солнце. К началу 2016 года марсоход проехал около 7,5 миль (12 км) по поверхности Марса.
Есть несколько способов определить, как далеко зашло Curiosity, но наиболее точное измерение называется «Визуальная одометрия». У Curiosity есть специальные отверстия в колесах в форме букв азбуки Морзе, обозначающие «JPL» - кивок дому. научных и инженерных команд ровера - через марсианскую землю.
«Визуальная одометрия работает путем сравнения самой последней пары стереоизображений, собранных примерно на каждом метре на диске», - сказал Морукян. «Индивидуальные особенности в сцене сопоставляются и отслеживаются, чтобы обеспечить меру того, как камера (и, следовательно, ровер) переместилась и повернулась в трехмерном пространстве между двумя изображениями, и это в реальном смысле говорит нам о том, как далеко зашло Curiosity. «.
Тщательный осмотр дорожек ровера может выявить тип сцепления колес и, если они проскользнули, например, из-за высоких уклонов или песчаного грунта.
К сожалению, у Curiosity теперь есть новые дыры в колесах, которых там быть не должно.
Проблемы с ровером
Morookian и Project Scientist Эшвин Васавада выразили облегчение и удовлетворение тем, что в целом - это далеко в миссии - Curiosity - довольно здоровый ровер. Вся научная полезная нагрузка в настоящее время работает почти на полную мощность. Но команда инженеров следит за несколькими вопросами.
«Около 400 человек мы поняли, что колеса изнашиваются быстрее, чем мы ожидали», - сказал Васавада.
И одежда не состояла только из маленьких отверстий; команда начала видеть проколы и противные слезы. Инженеры поняли, что дыры создавались твердыми зубчатыми камнями, которые в это время проезжал ровер.
«Мы не ожидали полностью« острых »камней, которые наносят ущерб», - сказал Васавада. «Мы также провели некоторое тестирование и увидели, как одно колесо может толкнуть другое колесо в камень, усугубляя ущерб. Теперь мы ездим более осторожно и не ездим так долго, как в прошлом. Мы смогли выровнять ущерб до более приемлемого уровня ».
В начале миссии компьютер Curiosity несколько раз переходил в «безопасный режим», поскольку программное обеспечение Curiosity распознало проблему, и ответом было запретить дальнейшую активность и позвонить домой.
Специализированное программное обеспечение защиты от сбоев работает на всех модулях и приборах, и при возникновении проблемы ровер останавливается и отправляет данные, называемые «записями событий», на Землю. Записи включают в себя различные категории срочности, и в начале 2015 года ровер отправил сообщение, в котором, по сути, говорилось: «Это очень, очень плохо». Тренировка на руке ровера испытала колебание электрического тока - как короткое замыкание.
«Программное обеспечение Curiosity способно обнаруживать короткие замыкания, например прерыватель цепи замыкания на землю, который есть у вас в ванной комнате, - объяснил Морукян, - за исключением того, что этот говорит вам:« это очень, очень плохо »вместо того, чтобы просто дать вам желтый свет».
Поскольку команда не может поехать на Марс и устранить проблему, все исправляется либо путем отправки обновлений программного обеспечения роверу, либо путем изменения рабочих процедур.
«Сейчас мы просто более осторожны с тем, как мы используем дрель, - сказал Васавада, - и в начале не бурим с полной силой, а медленно наращиваем. Это похоже на то, как мы едем сейчас, более осторожно, но это все же делает работу. Это еще не оказало большого влияния ».
Более легкое прикосновение к сеялке также было необходимо для более мягких аргиллитов и песчаников, с которыми встречался ровер. Морукян сказал, что существует обеспокоенность тем, что слоистые породы могут не выдержать нападения по стандартному протоколу бурения, и поэтому они приспособили технику, чтобы использовать самые низкие «настройки», которые по-прежнему позволяют буровой установке добиваться достаточного прогресса в скале.
Но возможности использовать тренировку увеличиваются, поскольку Curiosity начинает свой путь в гору. Марсоход путешествует через то, что Васавада называет «целевой богатой, очень интересной областью», поскольку научная группа работает над тем, чтобы связать воедино геологический контекст всего, что они видят на изображениях.
Нахождение баланса на Марсе
В то время как диверсия в бухте Йеллоунайф позволила команде сделать некоторые важные открытия, они чувствовали давление, чтобы добраться до горы. Резкий, так что «ездил как ад в течение года», - сказал Васавада.
Сейчас на горе, все еще есть давление, чтобы максимально использовать миссию, с целью сделать ее, по крайней мере, через четыре различных скальных отряда - или слоями - на горе. Sharp. Каждый слой может быть как глава в истории Марса.
«Изучение горы. Sharp очаровывает, - сказал Васавада, - и мы пытаемся сохранить сочетание действительно великих открытий, которые, как вы не хотите говорить, замедляют нас и поднимаются на гору. Присмотревшись к скале перед вами, вы никогда не сможете подойти и взглянуть на этот другой интересный камень ».
Васавада и Морукян сказали, что трудно сохранять этот баланс каждый день - найти то, что называется «колено в кривой» или «сладкое пятно» идеальной оптимизации между вождением и остановкой для науки.
Кроме того, существует баланс между остановкой для полного наблюдения со всеми инструментами и выполнением «науки о полете», где проводятся менее интенсивные наблюдения.
«Мы берем наблюдения, которые можем, и генерируем все гипотезы, которые можем, в режиме реального времени», - сказал Васавада. «Даже если у нас останется 100 открытых вопросов, мы знаем, что сможем ответить на них позже, если знаем, что собрали достаточно данных».
Основной целью Curiosity является не саммит, а регион, расположенный на высоте около 1330 футов (400 метров), где геологи ожидают найти границу между скалами, которые видели много воды в своей истории, и теми, которые не видели. Эта граница обеспечит понимание перехода Марса от влажной планеты к сухой, заполняя ключевой пробел в понимании истории планеты.
Никто на самом деле не знает, как долго продлится Любопытство или удивит ли его всех, как его предшественники Дух и Возможность. Пройдя «основную миссию» одного года на Марсе (два земных года) и теперь в расширенной миссии, одной большой переменной является источник питания РИТЭГ. В то время как доступная мощность начнет постепенно уменьшаться, как Васавада, так и Морукян не ожидают, что это станет проблемой, по крайней мере, еще для четырех земных лет, и при правильном «питании» мощность может длиться десяток и более лет.
Но они также знают, что нет никакого способа предсказать, как долго продлится Любопытство или какое неожиданное событие может закончить миссию.
Зверь
Есть ли у Curiosity такая же личность, как у предыдущих марсоходов?
«На самом деле нет, мы, кажется, не антропоморфизируем этот марсоход, как это делали люди с Духом и Возможностями», - сказал Васавада. «Мы не связаны эмоционально с этим. Социологи действительно изучали это ». Он покачал головой с веселой улыбкой.
Васавада указал, что это может иметь отношение к размеру Любопытства.
«Я думаю о нем, как о гигантском звере», - сказал он прямо. «Но совсем не скупо».
По словам Васавады, характерной чертой этой миссии является ее сложность во всех измерениях: человеческий компонент, заключающийся в том, что 500 человек работают и сотрудничают вместе, одновременно оптимизируя таланты каждого; держать ровер в целости и сохранности; и поддержание работы десяти инструментов каждый день, которые иногда выполняют совершенно не связанные с наукой задачи.
«Каждый день - это наши собственные маленькие« семь минут ужаса », когда так много вещей должно происходить каждый день, - сказал Васавада. «Существует миллион потенциальных проблем и взаимодействий, и вы должны постоянно думать о том, как все может пойти не так, потому что есть миллион способов, с помощью которых вы можете все испортить. Это сложный танец, но, к счастью, у нас отличная команда ».
Затем он добавил с улыбкой: «Эта миссия захватывающая, даже если это зверь».
«Невероятные истории из космоса: взгляд за кулисы на миссии, меняющие наш взгляд на космос», публикуется компанией Page Street Publishing, дочерней компанией Macmillan.
