Το Πνεύμα και η Ευκαιρία έχουν τώρα τον Κόκκινο Πλανήτη στον εαυτό τους, αλλά η ESA σχεδιάζει να στείλει ένα δικό του ρόβερ για να ανιχνεύσει την επιφάνεια του Άρη. Αντί να αναζητά στοιχεία για το παρελθόν, το ExoMars θα αναζητά ίχνη ζωής, τόσο του παρελθόντος όσο και του παρόντος. Αν όλα πάνε καλά, το ExoMars θα ξεκινήσει στον Άρη το 2011.
Στο πλαίσιο του φιλόδοξου, μακροπρόθεσμου προγράμματος εξερεύνησης Aurora, η ExoMars θα αναζητήσει ίχνη ζωής στον Άρη. Η αποστολή απαιτεί εντελώς νέες τεχνολογίες για αυτόνομα ελεγχόμενα ρομπότ, ενσωματωμένη αυτονομία και προηγμένους αισθητήρες οπτικού εδάφους.
Η τέταρτη δεκαετία αυτού του αιώνα θα μπορούσε να δει την Ευρώπη να συμμετέχει σε επανδρωμένη αποστολή στον Άρη σε μια από τις μεγαλύτερες διαστημικές αποστολές της ανθρωπότητας ποτέ.
Το Aurora είναι το πρόγραμμα της ESA που στοχεύει στη μακροπρόθεσμη ρομποτική και ανθρώπινη εξερεύνηση του Ηλιακού Συστήματος, με κύριο τον στόχο τον Άρη και τη Σελήνη.
Μια ανθρώπινη αποστολή στον Κόκκινο Πλανήτη θα ήταν μια μεγάλη, πολυετής επιχείρηση που απαιτεί φανταστικές, εντελώς νέες δυνατότητες, όπως αυτοματοποιημένα φορτηγά πλοία, προκαθορισμένα προμήθειες και εργαλεία, και δορυφόρους επικοινωνίας και πλοήγησης στον Άρη σε τροχιά παρόμοια με τα τρέχοντα συστήματα GPS της Γης.
Επιστήμονες και μηχανικοί εργάζονται ήδη στην πρώτη ρομποτική αποστολή «πρόδρομος» της ESA, ExoMars, που πρόκειται να κυκλοφορήσει γύρω στο 2011.
Το ExoMars θα εξερευνήσει το βιολογικό περιβάλλον στον Άρη για την προετοιμασία για περαιτέρω ρομποτική και, αργότερα, ανθρώπινη δραστηριότητα. Τα δεδομένα από την αποστολή θα παρέχουν επίσης πολύτιμη συμβολή για ευρύτερες μελέτες εξωβιολογίας - την αναζήτηση ζωής σε άλλους πλανήτες.
Το κύριο στοιχείο της αποστολής είναι ένα τροχοφόρο, ρομποτικό όχημα, παρόμοιο με την τρέχουσα αποστολή Mars Nover της NASA, αλλά έχει διαφορετικούς επιστημονικούς στόχους και βελτιωμένες δυνατότητες.
"Οι κλασικές μέθοδοι άμεσου ελέγχου δεν θα λειτουργήσουν όταν λειτουργούμε στην επιφάνεια του Άρη σε ένα μη δομημένο περιβάλλον."
Το rover θα χρησιμοποιήσει ηλιακές συστοιχίες για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θα ταξιδέψει πάνω από τη βραχώδη πορτοκαλί-κόκκινη επιφάνεια του Άρη, μεταφέροντας επιστημονικό ωφέλιμο φορτίο έως 12 κιλών, συμπεριλαμβανομένου ενός πρώτου ελαφρού συστήματος γεώτρησης, καθώς και μια συσκευή δειγματοληψίας και χειρισμού, και ένα σύνολο επιστημονικών οργάνων για την αναζήτηση σημείων του παρελθόντος ή του παρόντος.
Λόγω της χρονικής υστέρησης και της πολυπλοκότητας της απόστασης, η ExoMars θα πλοηγηθεί αυτόματα χρησιμοποιώντας «έξυπνα» ηλεκτρο-οπτικά για την οπτική αίσθηση και ερμηνεία του γύρω εδάφους και θα είναι σε θέση να λειτουργεί αυτόνομα χρησιμοποιώντας έξυπνο ενσωματωμένο λογισμικό.
Αυτοματοποιημένος έλεγχος μια σημαντική πρόοδος
Αυτός ο αυτοματοποιημένος τρόπος λειτουργίας αποτελεί σημαντική πρόοδο για το ESA, που χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό για τον έλεγχο διαστημικών σκαφών απευθείας χρησιμοποιώντας ανθρώπινους ελεγκτές. Και όχι μόνο τα ενσωματωμένα συστήματα ελέγχου του rover θα είναι καινούργια.
«Το ExoMars θα απαιτήσει εντελώς νέες τεχνικές και τεχνολογία για διάφορες πτυχές του συστήματος ελέγχου rover με βάση τη Γη, όχι μόνο για αναβάθμιση αυτού που έχουμε σήμερα», λέει ο Mike McKay, ανώτερος ελεγκτής διαστημικών σκαφών και ειδικός του Άρη με έδρα την ESOC, το Spacecraft Operations της ESA. Κέντρο, στο Ντάρμσταντ, Γερμανία.
Οι ελεγκτές του ESA δεν είχαν ποτέ λειτουργήσει μια αποστολή που μετακινήθηκε στην επιφάνεια ενός άλλου σώματος. Ο Huygens - ο οποίος έπεσε επιτυχώς στον Τιτάνα το 2005 - ήταν ένας ατμοσφαιρικός ανιχνευτής και όχι ένας εκφορτωτής, αν και λειτούργησε για λίγο αφού έφτασε στην επιφάνεια του Τιτάνα.
Ρομποτική εργασία: διασχίζοντας χιλιόμετρα εδάφους για αναζήτηση ζωής
Σε ένα τυπικό παράδειγμα της αυτόνομης λειτουργίας του rover, οι ελεγκτές εδάφους ενδέχεται να εκπέμπουν μια εντολή υψηλού επιπέδου που να του λέει να οδηγεί σε ένα επιστημονικά ενδιαφέρον σημείο από 500 έως 2000 μέτρα μακριά και να διεξάγει επιστημονικές εργασίες, όπως διάτρηση κάτω από την επιφάνεια για δειγματοληψία εδάφους για σημάδια ζωής. Αλλά το όχημα θα χειριζόταν μόνο του τις λεπτομέρειες της κίνησης.
Θα ερευνήσει το έδαφος με μια κάμερα 3D, θα δημιουργήσει ένα μοντέλο ψηφιακού εδάφους, θα επαληθεύσει την τρέχουσα θέση του, θα εκτελούσε εσωτερικές προσομοιώσεις και έπειτα θα λάβει μια αυτόνομη απόφαση για την καλύτερη διαδρομή που πρέπει να ακολουθήσει, με βάση τα εμπόδια, την τρέχουσα κατάσταση του rover και τις εκτιμήσεις κινδύνου / πόρων .
«Τότε θα οδηγηθεί στον στόχο. Αναμένουμε ότι η ακρίβεια του στόχου της θα είναι εντός μισού μέτρου σε διάβαση 20 μέτρων », λέει ο Bob Chesson, επικεφαλής του Τμήματος Ανθρώπινης Διαστημικής πτήσης και εξερεύνησης στη Διεύθυνση Επιχειρήσεων της ESA.
Η ExoMars κερδίζει από τους τρέχοντες ρομποτικούς εξερευνητές
Ως επόμενη γενιά ρομπότ, η ExoMars θα επωφεληθεί από τα μαθήματα που αντλήθηκαν από τη σημερινή γενιά, συμπεριλαμβανομένης της αποστολής Mars Explorer Rover (MER) της NASA. «Δεν ντρέπουμε να προσπαθούμε να μάθουμε από τις εμπειρίες των αδελφών μας γραφείων», λέει ο Chesson.
«Το ExoMars θα απαιτήσει αλλαγή στον πολιτισμό. πρέπει να αναπτύξουμε μια πραγματικά διεπιστημονική έννοια επιχειρήσεων. "
Καινοτόμος έλεγχος εδάφους που επιτρέπει την αυτόνομη λειτουργία
Για το ExoMars, οι ελεγκτές στη Γη πιθανότατα βρίσκονται σε μια «ειδική αίθουσα ελέγχου rover», παρόμοια με την έννοια των ειδικών δωματίων ελέγχου (DCR) που ο ESA δημιουργεί τώρα για μεμονωμένες αποστολές που βρίσκονται σε τροχιά πλανητών.
Το ESOC θα χρησιμεύσει ως το συνολικό κέντρο ελέγχου επιχειρησιακών αποστολών (MOCC), ελέγχοντας τη φάση εκτόξευσης και πρώιμης τροχιάς (LEOP), την κρουαζιέρα στον Άρη, τον διαχωρισμό και την προσγείωση της μονάδας καθόδου και την έξοδο του rover, με πιθανή διαχείριση επιφανειακών λειτουργιών επιφανείας να πραγματοποιηθεί από το Rover Operation Center που βρίσκεται στο ALTEC, το Advanced Logistic Technology Engineering Center, στο Τορίνο της Ιταλίας.
«Ο σχεδιασμός του συστήματος ελέγχου εδάφους rover, ή του τμήματος εδάφους, εξαρτάται από τους επιστημονικούς και επιχειρησιακούς στόχους του rover, οι οποίοι δεν είναι ακόμη οριστικοί, επομένως το σύστημα εδάφους εξακολουθεί να εξελίσσεται», λέει ο Chesson. "Κατ 'αρχήν, οι βασικές λειτουργίες τηλεμετρίας και τηλεπικοινωνιών θα ήταν ουσιαστικά οι ίδιες όπως τώρα, αλλά θα έχει σημαντικά νέες δυνατότητες που θα επιτρέπουν την αυτόνομη λειτουργία του rover."
«Αφήνοντας το παιδί να περπατήσει»
Το σύστημα ελέγχου εδάφους θα απαιτήσει τουλάχιστον υπολογιστικές εγκαταστάσεις που θα επιτρέπουν εργαλεία σχεδιασμού αποστολών υψηλού επιπέδου και θα επιτρέπουν την παρακολούθηση του ψηφιακού εδάφους και της τρισδιάστατης μοντελοποίησης του rover, του σχεδιασμού διαδρομής εδάφους και πορείας, της επίγειας προσομοίωσης και της στενής ενοποίησης με τον έλεγχο ωφέλιμου και επιστημονικού λειτουργίες.
"Οι κλασικές μέθοδοι άμεσου ελέγχου δεν θα λειτουργήσουν όταν λειτουργούμε στην επιφάνεια του Άρη σε ένα μη δομημένο περιβάλλον και με σημαντική καθυστέρηση χρόνου σήματος", λέει ο Reinhold Bertrand, μηχανικός σχεδιασμού και ειδικός ρομποτικής στο ESOC. «Το ExoMars θα απαιτήσει αλλαγή στον πολιτισμό. πρέπει να «αφήσουμε το παιδί να περπατήσει μόνος του», ενώ αναπτύσσουμε μια πραγματικά διεπιστημονική επιχειρηματική ιδέα ».
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESA
