Nasleduje posledný výňatok z mojej novej knihy „Neuveriteľné príbehy z vesmíru: Pohľad na scénu z pohľadu na misie, ktoré menia náš pohľad na kozmos“. Kniha je vnútorným pohľadom na niekoľko súčasných robotických misií NASA, a tento výňatok je časť 3 z 3 uverejnených tu v časopise Space Magazine, kapitoly 2 „Roving Mars with zvedavosť“. Časť 1 si môžete prečítať tu a časť 2 tu. Kniha je k dispozícii v tlačenej alebo elektronickej knihe (Kindle alebo Nook) Amazon a Barnes & Noble.
Ako riadiť vozidlo Mars Rover
Ako vie zvedavosť, kde a ako jazdiť po povrchu Marsu? Môžete si predstaviť inžinierov na JPL pomocou joystickov, podobných tým, ktoré sa používajú pre hračky na diaľkové ovládanie alebo videohry. Ale na rozdiel od riadenia alebo hrania pomocou RC nemajú vodiči rovera Mars okamžité vizuálne vstupy ani obrazovku s videom, aby zistili, kam smeruje rover. A rovnako ako pri pristávaní, vždy existuje časové oneskorenie, kedy je príkaz poslaný na rover a kedy je prijatý na Marse.
"Nie je to jazda v interaktívnom zmysle slova v reálnom čase z dôvodu časového oneskorenia," vysvetlil John Michael Morookian, ktorý vedie tím vodičov roveru.
Skutočným pracovným titulom Morookiana a jeho tímu sú „Plánovače plánovania“, ktoré presne popisujú, čo robia. Namiesto toho, aby ste „jazdili“ rovery ako také; vopred naplánujú trasu, naprogramujú špecializovaný softvér a odošlú pokyny do zvedavosti.
"Používame obrázky nasmerované vozidlom jeho okolia," uviedol Morookian. „Máme sadu stereo obrazov zo štyroch čiernobielych navigačných kamier, spolu s obrázkami z Hazcams (kamery na zabránenie nebezpečenstvu), podporované farebnými obrázkami vo vysokom rozlíšení od MastCamu, ktoré nám poskytujú podrobnosti o povahe terénu. dopredu a stopy o druhoch hornín a minerálov v lokalite. Toto pomáha identifikovať štruktúry, ktoré vyzerajú pre vedcov zaujímavé. ““
Pomocou všetkých dostupných údajov môžu vytvoriť trojrozmernú vizualizáciu terénu pomocou špecializovaného softvéru s názvom Program sekvencovania a vizualizácie Rover (RVV).
"Toto je v podstate simulátor Marsu a do panorámy scény sme vložili simulovanú zvedavosť, aby sme si predstavili, ako by sa vozítko mohlo pohybovať po svojej ceste," vysvetlil Morookian. „Môžeme si tiež nasadiť stereo okuliare, ktoré umožňujú našim očiam vidieť scénu v troch rozmeroch, akoby sme tam boli s roverom.
Vo virtuálnej realite môžu vodiči rovera manipulovať s scénou a roverom, aby otestovali každú možnosť, ktoré trasy sú najlepšie a ktorým oblastiam sa vyhnúť. Tam môžu robiť všetky chyby (uviaznuť v dunách, nakloniť rover, naraziť do veľkej skaly, odbehnúť zrazeninu) a zdokonaliť jazdnú postupnosť, zatiaľ čo skutočný rover zostáva na Marse v bezpečí.
„Vedci tiež skúmajú obrázky, ktoré sú zaujímavé, a poradia sa s plánovačmi Rover, aby pomohli definovať cestu. Potom zostavíme podrobné príkazy, ktoré sú potrebné na získanie zvedavosti z bodu A do bodu B pozdĺž tejto cesty, “povedal Morookian. "" Môžeme tiež začleniť príkazy potrebné na to, aby smer smerovača mohol nadviazať kontakt s webom pomocou robotického ramena. "
Každú noc sa preto vozidlu prikáže vypnúť osem hodín, aby sa nabili jeho batérie jadrovým generátorom. Prvé zvedavosť však posiela údaje na Zem vrátane obrázkov terénu a akýchkoľvek vedeckých informácií. Na Zemi Plánovači Rover tieto údaje berú, robia plánovacie práce, dokončujú programovanie softvéru a prenášajú informácie späť na Mars. Potom sa Kuriozita prebudí, stiahne pokyny a sady do práce. Cyklus sa opakuje.
Zvedavosť má tiež funkciu AutoNav, ktorá umožňuje vozidlu prechádzať oblasťami, ktoré tím ešte na obrázkoch nevidel. Mohlo by to ísť cez kopec a z druhej strany na nezmapované územie s možným nebezpečenstvom AutoNav.
"Nepoužívame to príliš často, pretože je to výpočtovo drahé, čo znamená, že vozidlu v tomto režime trvá oveľa dlhšie," uviedol Morookian. „Často považujeme za lepšie obchodovať hneď nasledujúci deň, pozerať sa na obrázky a ísť tak ďaleko, ako vidíme.“
Keď mi Morookian ukázal rôzne miestnosti, ktoré používajú tímy plánovania roverov v JPL, vysvetlil, ako musia fungovať v rôznych časových intervaloch.
„Nielenže máme denné plánovanie trás,“ uviedol, „ale robíme aj strategické plánovanie s veľkým dosahom pomocou orbitálnych snímok z kamery HiRISE na obhliadkovom obežníku Mars a vyberáme cesty na základe prvkov z obežnej dráhy. Náš tím pracuje strategicky a hľadá mesiace, aby určil najlepšie cesty. “
Ďalší proces s názvom Supra-Tactical sa teší na budúci týždeň. Zahŕňa to vedcov plánujúcich riadenie a zdokonaľovanie typov činností, ktoré v krátkom čase vykoná rover. Pretože už nikto v tíme už nežije v Mars Time, v piatok Plánovači vozoviek Rover naplánujú plány na niekoľko dní.
"Keďže nepracujeme cez víkendy, piatkové plány obsahujú viac podôb aktivít," uviedol Morookian. "Dva paralelné tímy rozhodujú o tom, ktoré dni bude jazdiť s vozidlom a ktoré dni bude robiť ďalšie činnosti, napríklad prácu s robotickým ramenom alebo iné nástroje."
Údaje, ktoré počas víkendu zostupujú z vozoviek, sa však sledujú, a ak nastane problém, tím sa vyzve, aby vykonal podrobnejšie hodnotenie. Morookian naznačil, že musí niekoľkokrát zapojiť tím pre núdzové víkendy, zatiaľ však nedošlo k vážnym problémom. „Udržuje nás to však na nohách,“ povedal.
Rover je vybavený radom reaktívnych bezpečnostných kontrol výšky celkového sklonu roverovej plošiny a kĺbovým spojením systému zavesenia kolies, takže ak rover prechádza cez príliš veľký predmet, automaticky sa zastaví.
Zvedavosť nebola postavená na rýchlosť. Bol navrhnutý tak, aby cestoval až 660 stôp (200 metrov) za deň, ale len zriedka cestuje tak ďaleko po Sol. Začiatkom roku 2016 smeroval rover po povrchu Marsu celkom asi 12 km.
Existuje niekoľko spôsobov, ako určiť, ako ďaleko ubehla zvedavosť, ale najpresnejšie meranie sa nazýva „vizuálna odometria“. Zvedavosť má na svojich kolesách špecializované diery v tvare písmen Morseových písmen, ktoré hláskujú „JPL“ - kývnutie domov vedeckých a inžinierskych tímov roveru - naprieč marťanskou pôdou.
„Vizuálna odometria funguje porovnaním najnovšej dvojice stereo snímok získaných približne každý meter nad jednotkou,“ povedal Morookian. „Jednotlivé črty v scéne sa porovnávajú a sledujú, aby poskytli mieru toho, ako sa kamera (a teda rover) prekladala a otáčala v trojrozmernom priestore medzi dvoma obrázkami, a vo veľmi reálnom zmysle nám hovorí, ako ďaleko sa zvedavosť zvedla. . "
Dôkladná prehliadka roverových trás môže odhaliť typ trakcie, ktorú majú kolesá a či skĺzli, napríklad z dôvodu vysokých svahov alebo piesočnatej pôdy.
Bohužiaľ, kuriozita má teraz vo svojich kolesách nové diery, ktoré by tam nemali byť.
Problémy s pohybom
Morookian a vedec projektu Ashwin Vasavada vyjadrili úľavu a spokojnosť s tým, že celkovo - tak ďaleko od misie - je zvedavosť celkom zdravý rover. Celé vedecké užitočné zaťaženie v súčasnosti funguje takmer na plnú kapacitu. Technický tím však dohliada na niekoľko problémov.
"Okolo sol 400 sme si uvedomili, že kolesá sa nosili rýchlejšie, ako sme očakávali," uviedol Vasavada.
A opotrebenie nespočívalo len v malých dierkach; tím začal vidieť defekty a škaredé slzy. Inžinieri si uvedomili, že diery boli vytvárané tvrdými, zubatými horninami, ktoré v tej dobe jazdil rover.
"Neočakávali sme úplne taký druh" špicatých "hornín, ktoré spôsobovali škody," uviedol Vasavada. „Urobili sme aj niekoľko testov a videli sme, ako jedno koleso dokáže zasunúť ďalšie koleso do skaly, čo poškodenie zhoršilo. Teraz jazdíme opatrnejšie a nejazdíme tak dlho, ako v minulosti. Podarilo sa nám vyrovnať škodu na prijateľnejšiu mieru. “
Na začiatku misie sa počítač Curiosity niekoľkokrát dostal do „bezpečného režimu“, pretože softvér Curiosity rozpoznal problém a reakcia spočívala v tom, že sa znemožnila ďalšia aktivita a telefón domov.
Špecializovaný softvér na ochranu proti chybám beží vo všetkých moduloch a nástrojoch a keď sa vyskytne problém, rover sa zastaví a odošle na Zemi údaje s názvom „záznamy udalostí“. Záznamy zahŕňajú rôzne kategórie naliehavosti a začiatkom roku 2015 rover poslal správu, ktorá v podstate povedala: „Je to veľmi, veľmi zlé.“ Vrták na ramene rovera zaznamenal kolísanie elektrického prúdu - ako skrat.
„Softvér zvedavosti má schopnosť odhaliť šortky, ako napríklad prerušovač obvodu zemnej poruchy, ktorý máte vo svojej kúpeľni,“ vysvetlil Morookian, „okrem tohto vám povie„ je to veľmi, veľmi zlé “namiesto toho, aby vám dal iba žlté svetlo.“
Keďže tím nemôže ísť na Mars a opraviť problém, všetko je vyriešené buď odoslaním softvérových aktualizácií do rovera alebo zmenou prevádzkových postupov.
„Teraz sme opatrnejší pri používaní vŕtačky,“ povedal Vasavada, „a na začiatku nevyvŕtajte plnú silu, ale pomaly rampujte. Je to niečo ako to, že teraz jazdíme, opatrnejšie, ale stále to robí prácu. Doposiaľ to nemal obrovský vplyv. “
Ľahší dotyk na vŕtačku bol potrebný aj pre mäkšie bahnité kamene a pieskovce, s ktorými sa rover stretol. Morookian povedal, že existuje obava, že vrstvené horniny nemusia vydržať pod útokom štandardného protokolu o vŕtaní, a preto upravili techniku tak, aby používali najnižšie „nastavenia“, ktoré stále umožňujú vŕtačke dosiahnuť dostatočný pokrok v hornine.
Ale príležitosti na používanie vŕtačky sa zväčšujú, keď zvedavosť začína prechádzať po vrchu. Rover cestuje cez to, čo Vasavada nazýva „cieľovo bohatá, veľmi zaujímavá oblasť“, pretože vedecký tím pracuje na vzájomnom prepojení geologického kontextu všetkého, čo vidia na obrázkoch.
Nájdenie rovnováhy na Marse
Aj keď odklon v zátoke Yellowknife Bay umožnil tímu urobiť nejaké významné objavy, cítili tlak dostať sa na Mt. Sharp, takže „jazdil rok ako peklo,“ povedal Vasavada.
Teraz na horách stále existuje tlak, aby sa misia vyťažila čo najlepšie, s cieľom urobiť z nej najmenej štyri rôzne skalné jednotky - alebo vrstvy - na Mt. Sharp. Každá vrstva by mohla byť kapitolou v knihe histórie Marsu.
“Za poznaním Mt. Sharp je fascinujúci, “povedal Vasavada,„ a snažíme sa udržiavať kombináciu medzi skutočne veľkými objavmi, ktoré - ako neradi hovoríte - nás spomaľujú a stúpajú na vrchol hory. Ak sa pozriete bližšie na skalu pred vami, znamená to, že sa nikdy nebudete môcť ísť pozrieť na tú ďalšiu zaujímavú skalu. ““
Vasavada a Morookian uviedli, že je výzvou zachovať túto rovnováhu každý deň - nájsť, čo sa nazýva „koleno v zákrute“ alebo „sladké miesto“, dokonalej optimalizácie medzi jazdou a zastavením pre vedu.
Potom je tu rovnováha medzi zastavením a úplným pozorovaním všetkých nástrojov a vykonaním „vedeckej prelety“, kde sú zaznamenané menej intenzívne pozorovania.
"Berieme pozorovania, ktoré vieme, a generujeme všetky hypotézy, ktoré môžeme v reálnom čase," uviedol Vasavada. „Aj keď nám zostáva 100 otvorených otázok, vieme, že na tieto otázky môžeme odpovedať neskôr, ak vieme, že máme dostatok údajov.“
Primárnym cieľom zvedavosti nie je samit, ale skôr región s výškou asi 1 400 stôp (400 metrov), kde geológovia očakávajú, že nájdu hranice medzi horninami, ktoré vo svojej histórii uvideli veľa vody, a tými, ktoré tak neurobili. Táto hranica umožní nahliadnuť do prechodu Marsu z mokrej planéty na suchú a vyplní kľúčovú medzeru v porozumení histórie planéty.
Nikto nevie, ako dlho bude zvedavosť trvať, alebo či to každého prekvapí ako jeho predchodcovia Spirit and Opportunity. Po prekonaní „hlavnej misie“ jedného roka na Marse (dva zemské roky) a teraz v rozšírenej misii je jednou veľkou premennou zdroj energie RTG. Zatiaľ čo dostupná sila sa začne postupne znižovať, Vasavada aj Morookian neočakávajú, že to bude problém najmenej štyri ďalšie roky Zeme a so správnym „živením“ môže energia trvať aj viac ako tucet rokov.
Taktiež vedia, že neexistuje spôsob, ako predpovedať, ako dlho bude zvedavosť alebo aká neočakávaná udalosť by mohla misiu ukončiť.
Netvor
Má zvedavosť osobnosť ako predchádzajúce Mars rovery?
"V skutočnosti nie, nezdá sa, že by sme tento antropomorfizovali, ako to robili ľudia s Duchom a Príležitosťou," uviedol Vasavada. „S tým sme sa emocionálne neviazali. Sociológovia to vlastne študovali. “ S pobaveným úsmevom pokrútil hlavou.
Vasavada naznačil, že to môže mať niečo spoločné s veľkosťou zvedavosti.
"Myslím, že je to obrovská šelma," povedal rovno. "Ale vôbec nie celkom."
Charakteristickým znakom tejto misie je Vasavada, podľa jej zložitosti, v každej dimenzii: ľudská zložka, v ktorej musí 500 ľudí pracovať a spolupracovať pri optimalizácii talentov každého; udržiavanie bezpečného a zdravého vozíka; a udržiavať každý deň desať nástrojov, ktoré niekedy vykonávajú úplne nesúvisiace vedecké úlohy.
"Každý deň je naša vlastná" sedemminútová hrôza ", kde musí každý deň ísť toľko vecí," povedal Vasavada. „Existuje milión potenciálnych problémov a interakcií a musíte neustále premýšľať o všetkých spôsoboch, ako sa veci môžu pokaziť, pretože existuje milión spôsobov, ako sa môžete pokaziť. Je to zložitý tanec, ale našťastie máme skvelý tím. “
Potom s úsmevom dodal: „Táto misia je vzrušujúca, aj keď je to zviera.“
„Neuveriteľné príbehy z vesmíru: Pohľad na scénu pozerajúci sa na misie, ktoré menia náš pohľad na vesmír“, vydáva Page Street Publishing, dcérska spoločnosť Macmillan.
