Ακολουθεί το τελευταίο απόσπασμα από το νέο μου βιβλίο, "Incredible Stories From Space: A Behind-the-Scenes Look on the Missions που αλλάζουν την άποψή μας για τον Κόσμο." Το βιβλίο είναι μια εσωτερική ματιά σε πολλές τρέχουσες ρομποτικές αποστολές της NASA, και αυτό το απόσπασμα είναι μέρος 3 από 3 που δημοσιεύτηκε εδώ στο Space Magazine, του Κεφαλαίου 2, "Roving Mars with Curiosity". Μπορείτε να διαβάσετε το Μέρος 1 εδώ και το Μέρος 2 εδώ. Το βιβλίο είναι διαθέσιμο σε έντυπη μορφή ή ηλεκτρονικό βιβλίο (Kindle ή Nook) Amazon και Barnes & Noble.
Πώς να οδηγήσετε ένα Mars Rover
Πώς γνωρίζει το Curiosity πού και πώς να οδηγεί στην επιφάνεια του Άρη; Ίσως οραματίσετε μηχανικούς στο JPL να χρησιμοποιούν χειριστήρια, παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται για παιχνίδια τηλεχειριστηρίου ή βιντεοπαιχνίδια. Ωστόσο, σε αντίθεση με την οδήγηση RC ή το gaming, οι οδηγοί Mars rover δεν έχουν άμεσες οπτικές εισόδους ή οθόνη βίντεο για να δουν πού πηγαίνει το rover. Και όπως ακριβώς κατά την προσγείωση, υπάρχει πάντα μια καθυστέρηση χρόνου κατά την οποία μια εντολή αποστέλλεται στο rover και όταν λαμβάνεται στον Άρη.
«Δεν οδηγεί σε πραγματικό χρόνο διαδραστική έννοια λόγω της καθυστέρησης του χρόνου», εξήγησε ο John Michael Morookian, ο οποίος ηγείται της ομάδας των οδηγών rover.
Ο πραγματικός τίτλος εργασίας του Morookian και της ομάδας του είναι «Rover Planners», που περιγράφει με ακρίβεια τι κάνουν. Αντί να «οδηγείτε» οι ίδιοι οι οδηγοί. σχεδιάζουν τη διαδρομή εκ των προτέρων, προγραμματίζουν εξειδικευμένο λογισμικό και ανεβάζουν τις οδηγίες στο Curiosity.
«Χρησιμοποιούμε εικόνες που τραβήχτηκαν από το rover του περιβάλλοντός του», δήλωσε ο Morookian. «Έχουμε ένα σύνολο στερεοφωνικών εικόνων από τέσσερις ασπρόμαυρες κάμερες πλοήγησης, μαζί με εικόνες από τα Hazcams (κάμερες αποφυγής κινδύνου), που υποστηρίζονται από έγχρωμες εικόνες υψηλής ανάλυσης από το MastCam που μας δίνουν λεπτομέρειες σχετικά με τη φύση του εδάφους μπροστά και πληροφορίες για τους τύπους πετρωμάτων και ορυκτών στην τοποθεσία. Αυτό βοηθά στον εντοπισμό δομών που φαίνονται ενδιαφέρουσες για τους επιστήμονες. "
Χρησιμοποιώντας όλα τα διαθέσιμα δεδομένα, μπορούν να δημιουργήσουν μια τρισδιάστατη οπτικοποίηση του εδάφους με εξειδικευμένο λογισμικό που ονομάζεται Rover Sequencing and Visualization Program (RSVP).
«Αυτό είναι βασικά ένας προσομοιωτής του Άρη και βάζουμε μια προσομοιωμένη περιέργεια σε ένα πανόραμα της σκηνής για να απεικονίσουμε πώς θα μπορούσε να διασχίσει το rover στο μονοπάτι του», εξήγησε ο Morookian. «Μπορούμε επίσης να φορέσουμε στερεοφωνικά γυαλιά, τα οποία επιτρέπουν στα μάτια μας να δουν τη σκηνή σε τρεις διαστάσεις σαν να ήμασταν εκεί με το rover.
Στην εικονική πραγματικότητα, οι οδηγοί rover μπορούν να χειριστούν τη σκηνή και το rover για να δοκιμάσουν κάθε πιθανότητα ποιες διαδρομές είναι οι καλύτερες και ποιες περιοχές πρέπει να αποφύγουν. Εκεί, μπορούν να κάνουν όλα τα λάθη (να κολλήσουν σε έναν αμμόλοφο, να ανασηκώσουν το rover, να συντρίψουν ένα μεγάλο βράχο, να οδηγήσουν από ένα γκρεμό) και να τελειοποιήσουν την ακολουθία οδήγησης, ενώ το πραγματικό rover παραμένει ασφαλές στον Άρη.
«Οι επιστήμονες εξετάζουν επίσης τις εικόνες για χαρακτηριστικά που είναι ενδιαφέροντα και συμβουλεύονται με τους Rover Planner για να βοηθήσουν στον καθορισμό μιας διαδρομής. Στη συνέχεια συνθέτουμε τις λεπτομερείς εντολές που είναι απαραίτητες για να φτάσουμε στην περιέργεια από το σημείο Α έως το σημείο Β σε αυτό το μονοπάτι », είπε ο Μοροκιανός. Μπορούμε επίσης να ενσωματώσουμε τις εντολές που απαιτούνται για να δώσουμε την κατεύθυνση του rover για να έρθει σε επαφή με τον ιστότοπο χρησιμοποιώντας το ρομποτικό του χέρι. "
Έτσι, κάθε βράδυ ο rover διατάσσεται να κλείνει για οκτώ ώρες για να επαναφορτίσει τις μπαταρίες του με την πυρηνική γεννήτρια. Αλλά η πρώτη περιέργεια στέλνει δεδομένα στη Γη, συμπεριλαμβανομένων εικόνων του εδάφους και οποιωνδήποτε επιστημονικών πληροφοριών. Στη Γη, οι Rover Planner λαμβάνουν αυτά τα δεδομένα, κάνουν τον προγραμματισμό τους, ολοκληρώνουν τον προγραμματισμό λογισμικού και μεταδίδουν τις πληροφορίες πίσω στον Άρη. Στη συνέχεια, το Curiosity ξυπνά, κατεβάζει τις οδηγίες και τα σετ για να λειτουργήσει. Και ο κύκλος επαναλαμβάνεται.
Το Curiosity διαθέτει επίσης μια δυνατότητα AutoNav που επιτρέπει στο rover να διασχίζει περιοχές που η ομάδα δεν έχει δει ακόμα σε εικόνες. Έτσι, θα μπορούσε να πάει πάνω από το λόφο και κάτω από την άλλη πλευρά σε μη διαγραμμένο έδαφος, με το AutoNav να ανιχνεύει πιθανούς κινδύνους.
"Δεν το χρησιμοποιούμε πολύ συχνά επειδή είναι υπολογιστικά ακριβό, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζεται πολύ περισσότερο χρόνο για να λειτουργήσει το rover σε αυτήν τη λειτουργία", δήλωσε ο Morookian. «Συχνά θεωρούμε ότι είναι καλύτερο εμπόριο να έρθετε την επόμενη μέρα, να κοιτάμε τις εικόνες και να οδηγούμε όσο μπορούμε.»
Καθώς ο Morookian μου έδειξε τα διάφορα δωμάτια που χρησιμοποιήθηκαν από ομάδες προγραμματισμού rover στο JPL, εξήγησε πώς πρέπει να λειτουργούν σε διάφορα διαφορετικά χρονικά διαστήματα.
«Δεν έχουμε μόνο τον καθημερινό σχεδιασμό διαδρομών», είπε, «αλλά επίσης κάνουμε στρατηγικό σχεδιασμό μεγάλης εμβέλειας χρησιμοποιώντας τροχιακές εικόνες από την κάμερα HiRISE στο Mars Reconnaissance Orbiter και επιλέγουμε διαδρομές με βάση χαρακτηριστικά που βλέπουν από την τροχιά. Η ομάδα μας εργάζεται στρατηγικά, αναζητώντας πολλούς μήνες για να καθορίσει τα καλύτερα μονοπάτια. "
Μια άλλη διαδικασία που ονομάζεται Supra-Tactical αναμένει την επόμενη εβδομάδα. Αυτό περιλαμβάνει επιστημονικούς σχεδιαστές που διαχειρίζονται και βελτιώνουν τους τύπους δραστηριοτήτων που θα κάνει το rover βραχυπρόθεσμα. Επίσης, καθώς κανείς στην ομάδα δεν ζει πλέον στον Άρη Ώρα, τις Παρασκευές οι προγραμματιστές Rover επεξεργάζονται τα σχέδια για αρκετές ημέρες.
«Δεδομένου ότι δεν δουλεύουμε τα σαββατοκύριακα, τα σχέδια της Παρασκευής περιέχουν πολλά σόλα δραστηριοτήτων», δήλωσε ο Morookian. «Δύο παράλληλες ομάδες αποφασίζουν ποιες ημέρες θα οδηγήσει το rover και ποιες ημέρες θα κάνει άλλες δραστηριότητες, όπως εργασία με το ρομποτικό χέρι ή άλλα όργανα.»
Τα δεδομένα που προέρχονται από το rover κατά τη διάρκεια του Σαββατοκύριακου παρακολουθούνται, ωστόσο, και εάν υπάρχει πρόβλημα, μια ομάδα καλείται να κάνει μια πιο λεπτομερή αξιολόγηση. Ο Μοροκιανός ανέφερε ότι έπρεπε να ασχοληθεί με την ομάδα έκτακτης ανάγκης το Σαββατοκύριακο αρκετές φορές, αλλά μέχρι στιγμής δεν υπήρξαν σοβαρά προβλήματα. «Ωστόσο, μας κρατά στα δάχτυλά μας», είπε.
Το rover διαθέτει έναν αριθμό αντιδραστικών ελέγχων ασφαλείας σχετικά με την συνολική κλίση του καταστρώματος του rover και την άρθρωση του συστήματος ανάρτησης των τροχών, οπότε αν το rover ξεπεράσει ένα αντικείμενο που είναι πολύ μεγάλο, θα σταματήσει αυτόματα.
Η περιέργεια δεν δημιουργήθηκε για ταχύτητα. Είχε σχεδιαστεί για να ταξιδεύει έως και 660 πόδια (200 μέτρα) την ημέρα, αλλά σπάνια ταξιδεύει τόσο μακριά σε ένα Sol. Στις αρχές του 2016 το rover είχε οδηγήσει συνολικά περίπου 7,5 μίλια (12 χλμ.) Στην επιφάνεια του Άρη.
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να προσδιορίσετε πόσο μακριά έχει ταξιδέψει το Curiosity, αλλά η πιο ακριβής μέτρηση ονομάζεται «Οπτική Οδομετρία». Το Curiosity έχει εξειδικευμένες τρύπες στους τροχούς του σε σχήμα γραμμάτων Morse, γράφοντας το «JPL» - ένα νεύμα στο σπίτι των ομάδων επιστήμης και μηχανικής του rover - σε ολόκληρο το έδαφος του Άρη.
«Η οπτική οδομετρία λειτουργεί συγκρίνοντας το πιο πρόσφατο ζεύγος στερεοφωνικών εικόνων που συλλέγονται περίπου κάθε μέτρο πάνω από τη μονάδα δίσκου», δήλωσε ο Morookian. «Τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά στη σκηνή ταιριάζουν και παρακολουθούνται για να παρέχουν ένα μέτρο του τρόπου με τον οποίο η κάμερα (και έτσι το rover) έχει μεταφραστεί και περιστραφεί σε τρισδιάστατο χώρο μεταξύ των δύο εικόνων και μας λέει με πολύ αληθινή έννοια πόσο έχει προχωρήσει η περιέργεια "
Η προσεκτική επιθεώρηση των διαδρομών rover μπορεί να αποκαλύψει τον τύπο πρόσφυσης που έχουν οι τροχοί και αν έχουν γλιστρήσει, για παράδειγμα λόγω υψηλών πλαγιών ή αμμώδους εδάφους.
Δυστυχώς, το Curiosity έχει τώρα νέες τρύπες στους τροχούς του που δεν υποτίθεται ότι είναι εκεί.
Προβλήματα Rover
Ο Morookian και ο επιστήμονας του έργου Ashwin Vasavada εξέφρασαν αμφιβολία και ικανοποίηση ότι συνολικά - μέχρι τώρα στην αποστολή - το Curiosity είναι ένα αρκετά υγιές rover. Το σύνολο του επιστημονικού ωφέλιμου φορτίου λειτουργεί επί του παρόντος με σχεδόν πλήρη ικανότητα. Αλλά η ομάδα μηχανικών παρακολουθεί μερικά θέματα.
«Γύρω στο sol 400, συνειδητοποιήσαμε ότι οι τροχοί φορούσαν γρηγορότερα από ό, τι περιμέναμε», είπε ο Vasavada.
Και η φθορά δεν αποτελούσε μόνο μικρές τρύπες. η ομάδα άρχισε να βλέπει τρυπήματα και άσχημα δάκρυα. Οι μηχανικοί συνειδητοποίησαν ότι οι τρύπες δημιουργούνταν από τους σκληρούς, οδοντωτούς βράχους που ο οδηγός πέρασε εκείνη την περίοδο.
«Δεν περιμέναμε απόλυτα το είδος των« μυτερών »πετρωμάτων που έκαναν ζημιά», είπε ο Vasavada. «Κάναμε επίσης κάποιες δοκιμές και είδαμε πώς ένας τροχός μπορούσε να σπρώξει έναν άλλο τροχό σε ένα βράχο, κάνοντας τη ζημιά χειρότερη. Τώρα οδηγούμε πιο προσεκτικά και δεν οδηγούμε όσο έχουμε στο παρελθόν. Καταφέραμε να αντισταθμίσουμε τη ζημιά σε ένα πιο αποδεκτό ποσοστό. "
Νωρίς στην αποστολή, ο υπολογιστής του Curiosity μπήκε σε «ασφαλή λειτουργία» αρκετές φορές, καθώς το λογισμικό του Curiosity αναγνώρισε ένα πρόβλημα και η απάντηση ήταν να απαγορευθεί η περαιτέρω δραστηριότητα και το τηλέφωνο στο σπίτι.
Το εξειδικευμένο λογισμικό προστασίας σφαλμάτων εκτελείται σε όλες τις λειτουργικές μονάδες και τα όργανα και όταν παρουσιαστεί κάποιο πρόβλημα, το rover σταματά και στέλνει δεδομένα που ονομάζονται «εγγραφές συμβάντων» στη Γη. Οι δίσκοι περιλαμβάνουν διάφορες κατηγορίες επείγοντος, και στις αρχές του 2015, ο rover έστειλε ένα μήνυμα που ουσιαστικά είπε, "Αυτό είναι πολύ, πολύ κακό." Το τρυπάνι στο βραχίονα του rover είχε μια διακύμανση στο ηλεκτρικό ρεύμα - όπως ένα βραχυκύκλωμα.
«Το λογισμικό του Curiosity έχει τη δυνατότητα να εντοπίζει σορτς, όπως ο διακόπτης κυκλώματος γείωσης που έχετε στο μπάνιο σας», εξήγησε ο Morookian, «εκτός από αυτό που σας λέει« αυτό είναι πολύ, πολύ κακό », αντί να σας δίνει μόνο ένα κίτρινο φως».
Δεδομένου ότι η ομάδα δεν μπορεί να πάει στον Άρη και να επιδιορθώσει ένα πρόβλημα, όλα επιδιορθώνονται είτε στέλνοντας ενημερώσεις λογισμικού στο rover είτε αλλάζοντας τις επιχειρησιακές διαδικασίες.
«Τώρα είμαστε πιο προσεκτικοί με το πώς χρησιμοποιούμε το τρυπάνι», είπε ο Vasavada, «και μην ασκείστε με πλήρη δύναμη στην αρχή, αλλά αργά ανεβείτε. Είναι σαν να οδηγούμε τώρα, πιο προσεκτικά αλλά εξακολουθεί να κάνει τη δουλειά. Δεν έχει τεράστιο αντίκτυπο ακόμα. "
Ένα ελαφρύτερο άγγιγμα στο τρυπάνι ήταν επίσης απαραίτητο για τους μαλακότερους ψαμμίτες και τους ψαμμίτες που αντιμετώπισε το rover. Ο Μοροκιανός είπε ότι υπήρχε ανησυχία ότι οι στρωμένοι βράχοι ενδέχεται να μην συγκρατηθούν κάτω από την επίθεση του τυπικού πρωτοκόλλου γεώτρησης, και έτσι προσαρμόζουν την τεχνική ώστε να χρησιμοποιούν τις χαμηλότερες «ρυθμίσεις» που εξακολουθούν να επιτρέπουν στο τρυπάνι να κάνει επαρκή πρόοδο στον βράχο.
Όμως οι ευκαιρίες για χρήση του τρυπανιού αυξάνονται καθώς η περιέργεια αρχίζει να διασχίζει το βουνό. Το rover ταξιδεύει μέσα από αυτό που η Vasavada αποκαλεί «πλούσια σε στόχους, πολύ ενδιαφέρουσα περιοχή», καθώς η επιστημονική ομάδα εργάζεται για να συνδέσει το γεωλογικό πλαίσιο όλων όσων βλέπουν στις εικόνες.
Εύρεση ισορροπίας στον Άρη
Ενώ η εκτροπή στο Yellowknife Bay επέτρεψε στην ομάδα να κάνει μερικές σημαντικές ανακαλύψεις, ένιωσαν πίεση να φτάσουν στο Mt. Κορυφαία, οπότε «οδήγησε σαν κόλαση για ένα χρόνο», είπε ο Βασαβάδα.
Τώρα στο βουνό, εξακολουθεί να υπάρχει η πίεση για να αξιοποιήσετε στο έπακρο την αποστολή, με στόχο να το κάνετε μέσω τουλάχιστον τεσσάρων διαφορετικών ροκ μονάδων - ή στρωμάτων - στο Mt. Αιχμηρός. Κάθε στρώμα θα μπορούσε να είναι σαν ένα κεφάλαιο στο βιβλίο της ιστορίας του Άρη.
«Εξερεύνηση του βουνού Το Sharp είναι συναρπαστικό », είπε ο Vasavada,« και προσπαθούμε να διατηρήσουμε έναν συνδυασμό ανάμεσα σε πραγματικά υπέροχες ανακαλύψεις, οι οποίες - δεν σας αρέσει να μας λέτε - μας επιβραδύνουν και να ανεβαίνουμε ψηλότερα στο βουνό. Κοιτάζοντας προσεκτικά ένα βράχο μπροστά σας σημαίνει ότι δεν θα μπορέσετε ποτέ να περάσετε και να δείτε αυτόν τον άλλο ενδιαφέρον βράχο εκεί. "
Η Vasavada και ο Morookian αμφότεροι είπαν ότι είναι μια πρόκληση να διατηρούμε αυτήν την ισορροπία κάθε μέρα - να βρούμε αυτό που ονομάζεται «γόνατο στην καμπύλη» ή «γλυκό σημείο» της τέλειας βελτιστοποίησης μεταξύ οδήγησης και στάσης για την επιστήμη.
Στη συνέχεια, υπάρχει η ισορροπία μεταξύ του να σταματήσετε να κάνετε μια πλήρη παρατήρηση με όλα τα όργανα και να κάνετε «flyby science» όπου γίνονται λιγότερο έντονες παρατηρήσεις.
«Παίρνουμε τις παρατηρήσεις που μπορούμε και δημιουργούμε όλες τις υποθέσεις που μπορούμε σε πραγματικό χρόνο», δήλωσε ο Vasavada. "Ακόμα κι αν μείνουμε με 100 ανοιχτές ερωτήσεις, γνωρίζουμε ότι μπορούμε να απαντήσουμε στις ερωτήσεις αργότερα, αρκεί να γνωρίζουμε ότι έχουμε λάβει αρκετά δεδομένα."
Ο πρωταρχικός στόχος του Curiosity δεν είναι η κορυφή, αλλά μια περιοχή περίπου 1.330 πόδια (400 μέτρα) πάνω, όπου οι γεωλόγοι αναμένουν να βρουν το όριο μεταξύ πετρωμάτων που είδαν πολύ νερό στην ιστορία τους και εκείνων που δεν το έκαναν. Αυτό το όριο θα παρέχει μια εικόνα για τη μετάβαση του Άρη από έναν υγρό πλανήτη σε ξηρό, συμπληρώνοντας ένα βασικό κενό στην κατανόηση της ιστορίας του πλανήτη.
Κανείς δεν ξέρει πραγματικά πόσο καιρό θα διαρκέσει η περιέργεια ή αν θα εκπλήξει όλους όπως το πνεύμα και η ευκαιρία των προκατόχων του. Έχοντας καταφέρει να περάσει την «πρωταρχική αποστολή» ενός έτους στον Άρη (δύο χρόνια στη Γη), και τώρα στην εκτεταμένη αποστολή, μια μεγάλη μεταβλητή είναι η πηγή ισχύος RTG. Ενώ η διαθέσιμη ισχύς θα αρχίσει να μειώνεται σταθερά, τόσο η Vasavada όσο και ο Morookian δεν αναμένουν ότι θα είναι σε ένα ζήτημα για τουλάχιστον τέσσερα ακόμη χρόνια στη Γη, και με τη σωστή «ανατροφή», η δύναμη θα μπορούσε να διαρκέσει για δώδεκα χρόνια ή περισσότερο.
Αλλά γνωρίζουν επίσης ότι δεν υπάρχει τρόπος να προβλέψουμε πόσο καιρό θα διαρκέσει η περιέργεια ή ποιο απροσδόκητο γεγονός μπορεί να τερματίσει την αποστολή.
Το τέρας
Το Curiosity έχει προσωπικότητα όπως τα προηγούμενα rovers Mars;
«Στην πραγματικότητα όχι, δεν φαίνεται να ανθρωπομορφοποιούμε αυτό το rover όπως οι άνθρωποι με το Πνεύμα και την Ευκαιρία», είπε ο Vasavada. «Δεν έχουμε δεσμευτεί συναισθηματικά με αυτό. Οι κοινωνιολόγοι το έχουν μελετήσει. " Κούνησε το κεφάλι του με ένα διασκεδαστικό χαμόγελο.
Η Vasavada δήλωσε ότι μπορεί να έχει σχέση με το μέγεθος του Curiosity.
«Το σκέφτομαι ως ένα τεράστιο θηρίο», είπε ευθεία. "Όχι όμως με καθόλου τρόπο."
Αυτό που έχει έρθει για να χαρακτηρίσει αυτήν την αποστολή, είπε ο Vasavada, είναι η πολυπλοκότητα αυτής, σε κάθε διάσταση: το ανθρώπινο συστατικό του να βρούμε 500 άτομα να εργαστούν και να συνεργαστούν, βελτιστοποιώντας ταυτόχρονα τα ταλέντα όλων. διατηρώντας το rover ασφαλές και υγιές. και διατηρώντας καθημερινά δέκα όργανα, τα οποία μερικές φορές κάνουν εντελώς άσχετα επιστημονικά καθήκοντα.
«Κάθε μέρα είναι το δικό μας μικρό« επτά λεπτά τρόμου », όπου τόσα πολλά πράγματα πρέπει να πάνε σωστά κάθε μέρα», είπε ο Vasavada. «Υπάρχουν ένα εκατομμύριο πιθανά ζητήματα και αλληλεπιδράσεις και πρέπει να σκέφτεστε συνεχώς όλους τους τρόπους με τους οποίους τα πράγματα μπορούν να πάνε στραβά, επειδή υπάρχουν εκατομμύρια τρόποι με τους οποίους μπορείτε να χάσετε. Είναι ένας περίπλοκος χορός, αλλά ευτυχώς έχουμε μια υπέροχη ομάδα. "
Στη συνέχεια πρόσθεσε με χαμόγελο, «Αυτή η αποστολή είναι συναρπαστική, ακόμα κι αν είναι ένα θηρίο».
«Απίστευτες ιστορίες από το διάστημα: Μια ματιά πίσω από το παρασκήνιο στις αποστολές που αλλάζουν την άποψή μας για τον κόσμο» δημοσιεύεται από το Page Street Publishing, θυγατρική της Macmillan.
