Марсоход NASA Perseverance пытается преодолеть большее расстояние за один месяц, чем любой другой марсоход до него, и делает это с помощью искусственного интеллекта. На пути впереди песчаные карьеры, кратеры и поля с острыми камнями, по которым марсоход должен будет перемещаться самостоятельно. В конце 3-мильного (5-километрового) путешествия, которое началось 14 марта 2022 года, Perseverance достигнет древней дельты реки в кратере Джезеро, где миллиарды лет назад существовало озеро.
Эта дельта — одно из лучших мест на Марсе, где марсоход может искать признаки прошлой микроскопической жизни. Используя сверло на конце своей роботизированной руки и сложную систему сбора образцов в своем животе, Perseverance собирает керны горных пород для возвращения на Землю — это первая часть кампании по возврату образцов с Марса.
«Дельта настолько важна, что мы фактически решили свести к минимуму научную деятельность и сосредоточиться на вождении, чтобы добраться туда быстрее», — сказал Кен Фарли из Калифорнийского технологического института, ученый проекта Perseverance. «Во время этого путешествия мы сделаем много снимков дельты. Чем ближе мы подберемся, тем более впечатляющими будут эти снимки».
Научная группа будет искать на этих изображениях камни, которые они в конечном итоге захотят изучить более подробно, используя инструменты на руке Настойчивости. Они также будут искать лучшие маршруты, по которым марсоход может подняться на дельту высотой 130 футов (40 метров).
Но сначала Настойчивость должна добраться туда. Ровер сделает это, полагаясь на свою самоуправляемую систему AutoNav, которая уже установила впечатляющие рекорды расстояния. В то время как у всех марсоходов НАСА есть возможности автономного вождения, у Perseverance есть самая совершенная из них.
«Процессы автономного вождения, которые на таком марсоходе, как Opportunity, занимают минуты, на Perseverance выполняются менее чем за секунду», — сказал опытный планировщик марсохода и разработчик программного обеспечения для полетов Марк Маймон из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, который возглавляет миссию. «Поскольку автономное вождение теперь быстрее, мы можем покрыть больше территории, чем если бы люди программировали каждый привод».
Как работает планирование марсохода
Прежде чем марсоход тронется с места, группа экспертов по планированию мобильности (в Perseverance работает 14 человек, которые обмениваются сменами) записывает команды вождения, которые будет выполнять робот-исследователь. Команды достигают Марса через сеть дальнего космоса НАСА, и Perseverance отправляет обратно данные, чтобы планировщики могли подтвердить продвижение марсохода. Для выполнения некоторых планов требуется несколько дней, как, например, в случае с недавней поездкой, которая охватила около 1673 футов (510 метров) и включала тысячи отдельных команд марсохода.
Некоторые приводы требуют большего участия человека, чем другие. AutoNav удобен для поездок по ровной местности с простыми потенциальными опасностями, например, большими камнями и склонами, которые марсоход может легко обнаружить и обойти.
Думая за рулем
AutoNav отражает эволюцию инструментов для самостоятельного вождения, ранее разработанных для марсоходов NASA Spirit, Opportunity и Curiosity. Что отличает AutoNav, так это «думание во время вождения», что позволяет Perseverance делать и обрабатывать изображения во время движения. Затем ровер перемещается на основе этих изображений. Этот валун слишком близко? Сможет ли его брюхо преодолеть эту скалу? Что, если колеса вездехода соскользнут?
Модернизированное оборудование позволяет «думать за рулем». Более быстрые камеры означают, что Perseverance может делать снимки достаточно быстро, чтобы обработать маршрут в режиме реального времени. И в отличие от своих предшественников, у Perseverance есть дополнительный компьютер, полностью предназначенный для обработки изображений. В основе компьютера лежит сверхэффективный микрочип, называемый программируемой вентильной матрицей, которая отлично подходит для обработки компьютерного зрения.
«На прошлых марсоходах автономия означала замедление, потому что данные должны были обрабатываться на одном компьютере», — сказал Маймоне. «Этот дополнительный компьютер невероятно быстр по сравнению с тем, что у нас было в прошлом, а то, что он предназначен для вождения, означает, что вам не нужно делить вычислительные ресурсы с более чем 100 другими задачами».
Конечно, люди не полностью исключаются из поля зрения во время движения AutoNav. Они по-прежнему планируют основной маршрут, используя изображения, сделанные из космоса такими миссиями, как Mars Reconnaissance Orbiter НАСА. Затем они отмечают препятствия, такие как потенциальные песчаные ловушки, которых Настойчивость должен избегать, рисуя зоны «не пускать» и «не пускать», которые помогают ему ориентироваться.
Еще одно большое отличие Perseverance — это ощущение пространства.
Автономная навигационная программа Curiosity удерживает марсоход в безопасном пузыре шириной 16 футов (5 метров). Если Curiosity заметит две скалы, которые находятся на расстоянии, скажем, 4,5 метра друг от друга (промежуток, который он может легко преодолеть), он все равно остановится или объедет их, а не рискнет пройти сквозь них.
Но пузырь Perseverance намного меньше: в центре каждого из шести колес марсохода находится виртуальная коробка. Новейший марсоход более чувствителен к местности и может самостоятельно преодолевать валуны.
«Когда мы впервые посмотрели на кратер Джезеро как на место для посадки, нас беспокоили густые поля камней, которые мы видели разбросанными по дну кратера», — сказал Маймоне. «Теперь мы можем обогнуть или даже оседлать скалы, к которым раньше не могли подойти».
В то время как предыдущие миссии марсохода исследовали свой путь более медленными темпами, AutoNav предоставляет научной группе возможность перемещаться к местам, которые они считают наиболее приоритетными. Это означает, что миссия больше сосредоточена на своей основной цели: поиске образцов, которые ученые в конечном итоге захотят вернуть на Землю.
