Sledi zadnji odlomek iz moje nove knjige 'Neverjetne zgodbe iz vesolja: pogled iz zakulisja na misije, ki spreminjajo naš pogled na kozmos.' Knjiga je notranji pogled na več trenutnih robotskih misij NASA, ta odlomek pa je del 3 od 3, objavljenega tukaj na Universe Today, v 2. poglavju, »Roving Mars with Curiosity«. Lahko berete 1. del tukaj , in 2. del tukaj . Knjiga je na voljo v tiskani ali e-knjigi (Kindle ali Nook) Amazon in Barnes & Noble .
Kako voziti Mars Rover
Kako Curiosity ve, kje in kako voziti po površini Marsa? Morda si zamislite inženirje pri JPL, ki uporabljajo igralne palice, podobne tistim, ki se uporabljajo za igrače na daljinsko upravljanje ali video igre. Toda za razliko od RC vožnje ali igranja iger, vozniki Mars roverjev nimajo takojšnjih vizualnih vhodov ali video zaslona, da bi videli, kam rover gre. In tako kot pri pristanku, vedno obstaja časovna zamuda, ko se ukaz pošlje roverju in kdaj ga prejme na Marsu.
'Zaradi časovnega zamika se ne vozi v interaktivnem smislu v realnem času,' je pojasnil John Michael Morookian, ki vodi ekipo voznikov roverjev.
Dejanski naziv delovnega mesta Morookiana in njegove ekipe je 'Rover Planners', kar natančno opisuje, kaj počnejo. Namesto da bi 'vozili' roverje same po sebi; vnaprej načrtujejo pot, programirajo specializirano programsko opremo in naložijo navodila na Curiosity.
'Uporabljamo slike okolice, ki jih je posnel rover,' je dejal Morookian. »Imamo nabor stereo slik iz štirih črno-belih navigacijskih kamer, skupaj s slikami iz Hazcams (kamere za preprečevanje nevarnosti), ki jih podpirajo barvne slike visoke ločljivosti iz MastCam, ki nam dajejo podrobnosti o naravi terena. naprej in namige o vrstah kamnin in mineralov na mestu. To pomaga prepoznati strukture, ki so znanstvenikom zanimive.'
Z uporabo vseh razpoložljivih podatkov lahko s specializirano programsko opremo, imenovano Rover Sequencing and Visualization Program (RSVP), ustvarijo tridimenzionalno vizualizacijo terena.
'To je v bistvu simulator Marsa in v panoramo prizora smo postavili simulirano Curiosity, da bi vizualizirali, kako bi lahko rover prečkal svojo pot,' je pojasnil Morookian. »Nademo si lahko tudi stereo očala, ki našim očem omogočajo, da vidijo prizor v treh dimenzijah, kot da bi bili tam z roverjem.
V virtualni resničnosti lahko vozniki roverja manipulirajo s prizoriščem in roverjem, da preizkusijo vse možnosti, katere poti so najboljše in katerim območjem se je treba izogibati. Tam lahko naredijo vse napake (zataknejo se v sipini, prevrnejo rover, trčijo v veliko skalo, zapeljejo s prepada) in izpopolnijo zaporedje vožnje, medtem ko pravi rover ostane varen na Marsu.
»Znanstveniki tudi pregledajo slike za zanimive funkcije in se posvetujejo z Rover Plannerji, da bi pomagali definirati pot. Nato sestavimo podrobne ukaze, ki so potrebni, da Curiosity pripeljemo od točke A do točke B po tej poti,« je dejal Morookian. ''Vključimo lahko tudi ukaze, potrebne za usmerjanje roverja, da vzpostavi stik z mestom z uporabo njegove robotske roke.'
Ko Curiosityjeve navigacijske kamere (Navcams) posnamejo črno-bele slike in jih vsak dan pošljejo nazaj na Zemljo, jih načrtovalci roverjev združijo z drugimi podatki roverja, da ustvarijo 3D modele terena. Z dodajanjem računalniškega 3D modela roverja v model terena lahko načrtovalci roverja bolje razumejo položaj roverja, pa tudi razdalje do in obseg značilnosti v pokrajini. Zasluge: NASA/JPL-Caltech.
Tako se roverju vsako noč ukaže, naj se izklopi za osem ur, da napolni baterije z jedrskim generatorjem. Toda najprej Curiosity pošlje podatke na Zemljo, vključno s slikami terena in vsemi znanstvenimi informacijami. Na Zemlji načrtovalci Roverja vzamejo te podatke, opravijo svoje načrtovanje, dokončajo programiranje programske opreme in pošljejo informacije nazaj na Mars. Nato se Curiosity zbudi, prenese navodila in začne delovati. In cikel se ponovi.
Curiosity ima tudi funkcijo AutoNav, ki roverju omogoča prečkanje območij, ki jih ekipa še ni videla na slikah. Torej bi lahko šel čez hrib in po drugi strani navzdol na neznano ozemlje, pri čemer bi AutoNav zaznal potencialne nevarnosti.
'Ne uporabljamo ga prepogosto, ker je računsko drag, kar pomeni, da traja veliko dlje, da rover deluje v tem načinu,' je dejal Morookian. 'Pogosto ugotovimo, da je bolje, če pridemo naslednji dan, pogledamo slike in se odpeljemo, kolikor lahko vidimo.'
Pogled na Operacijski objekt za vesoljske polete v Laboratoriju za reaktivni pogon, kjer se vsi podatki, ki gredo v in iz vseh planetarnih misij, pošiljajo in prejemajo prek omrežja Deep Space Network. Zasluge: Nancy Atkinson.
Ko mi je Morookian pokazal različne sobe, ki jih uporabljajo ekipe za načrtovanje roverjev pri JPL, je pojasnil, kako morajo delovati v številnih različnih časovnih okvirih.
»Ne imamo le dnevnega načrtovanja poti,« je dejal, »ampak tudi strateško načrtovanje na dolge razdalje z uporabo orbitalnih posnetkov iz kamere HiRISE na Mars Reconnaissance Orbiter in izbiramo poti na podlagi značilnosti, ki jih vidimo iz orbite. Naša ekipa deluje strateško in čaka več mesecev, da bi opredelila najboljše poti.”
Drug proces, imenovan Supra-Tactical, je predviden šele za naslednji teden. To vključuje znanstvene načrtovalce, ki upravljajo in izpopolnjujejo vrste dejavnosti, ki jih bo rover opravljal kratkoročno. Ker tudi nihče v ekipi ne živi več na Marsovem času, načrtovalci Roverja ob petkih delajo načrte več dni.
'Ker ne delamo ob vikendih, petkovi načrti vsebujejo več skupin dejavnosti,' je dejal Morookian. 'Dve vzporedni skupini odločata, katere dneve bo rover vozil in katere dni bo opravljal druge dejavnosti, kot je delo z robotsko roko ali drugimi instrumenti.'
Podatki, ki prihajajo iz roverja čez vikend, pa se spremljajo, in če pride do težave, se pokliče ekipa, ki opravi podrobnejšo oceno. Morookian je navedel, da so morali večkrat angažirati ekipo za nujne primere za konec tedna, a zaenkrat ni bilo resnih težav. 'Vendar nas to drži na nogah,' je dejal.
Rover ima številne reaktivne varnostne preglede glede količine celotnega nagiba krova roverja in artikulacije sistema vzmetenja koles, tako da se bo rover, če gre čez prevelik predmet, samodejno ustavil.
Radovednost ni bila zgrajena za hitrost. Zasnovan je bil za potovanje do 660 čevljev (200 metrov) na dan, vendar le redko potuje tako daleč v Solu. Do začetka leta 2016 je rover prevozil skupno približno 7,5 milj (12 km) po površini Marsa.
Ta slika prikazuje od blizu sledi sledi, ki jih je pustil rover Curiosity. Luknje v kolesih roverja, ki jih vidimo tukaj v tem pogledu, puščajo odtise na gosenicah, ki se lahko uporabijo za bolj natančno vožnjo roverja. Odtis je Morsejeva koda za 'JPL' in pomaga pri sledenju, kako daleč je rover potoval. Zasluge: NASA/JPL-Caltech.
Obstaja več načinov za določitev, kako daleč je Curiosity prepotoval, vendar je najbolj natančna meritev imenovana 'Vizualna odometrija.' Curiosity ima specializirane luknje v svojih kolesih v obliki črk Morsejeve abecede, ki pišejo 'JPL' - kimikanje domu znanstvene in inženirske ekipe roverja – po marsovskih tleh.
'Vizualna odometrija deluje tako, da primerja najnovejši par stereo slik, zbranih približno na vsak meter po vožnji,' je dejal Morookian. »Posamezne značilnosti prizora se ujemajo in sledijo, da se zagotovi merilo, kako se je kamera (in s tem rover) prevedla in zasukala v 3-dimenzionalnem prostoru med obema slikama in nam v zelo resničnem smislu pove, kako daleč je šel Curiosity .”
S skrbnim pregledom gosenic roverja lahko ugotovite, kakšen oprijem imajo kolesa in ali so zdrsnila, na primer zaradi visokih pobočij ali peščenih tal.
Žal ima Curiosity zdaj nove luknje v svojih kolesih, ki naj jih ne bi bilo.
Težave z Roverjem
Morookian in projektni znanstvenik Ashwin Vasavada sta izrazila olajšanje in zadovoljstvo, da je Curiosity na splošno - tako daleč v misiji - precej zdrav rover. Celotna znanost trenutno deluje s skoraj polno zmogljivostjo. Toda ekipa inženirjev pazi na nekaj vprašanj.
'Okoli sol 400 smo ugotovili, da se kolesa obrabijo hitreje, kot smo pričakovali,' je dejal Vasavada.
Ekipa, ki upravlja rover Curiosity Mars, uporablja kamero Mars Hand Lens Imager (MAHLI) na roki roverja za preverjanje stanja koles v rutinskih intervalih. Ta slika Curiosityjevega levega srednjega in levega zadnjega kolesa je del inšpekcijskega sklopa, posnetega 18. aprila 2016, med 1315. soljo roverjevega dela na Marsu. Zasluge: NASA/JPL-Caltech/MSSS.
In obraba ni bila sestavljena le iz majhnih lukenj; ekipa je začela videti vbode in grde solze. Inženirji so ugotovili, da so luknje nastale zaradi trdih, nazobčanih kamnov, po katerih je rover vozil v tem času.
'Nismo v celoti pričakovali vrste 'šiljastih' kamnin, ki so delale škodo,' je dejal Vasavada. »Opravili smo tudi nekaj testiranj in videli, kako lahko eno kolo potisne drugo kolo v skalo, kar poslabša škodo. Zdaj vozimo bolj previdno in ne vozimo tako dolgo, kot smo ga v preteklosti. Škodo smo lahko izravnali na sprejemljivejšo stopnjo.'
Na začetku misije je Curiosityjev računalnik večkrat prešel v 'varen način', saj je programska oprema Curiosity prepoznala težavo, odgovor pa je bil prepoved nadaljnje dejavnosti in telefoniranje domov.
Specializirana programska oprema za zaščito pred napakami deluje po vseh modulih in instrumentih, in ko pride do težave, se rover ustavi in pošlje podatke, imenovane »zapisi dogodkov«, na Zemljo. Zapisi vključujejo različne kategorije nujnosti, v začetku leta 2015 pa je rover poslal sporočilo, v katerem je v bistvu pisalo: 'To je zelo, zelo slabo.' Vrtalnik na roki roverja je doživel nihanje električnega toka - kot kratek stik.
'Programska oprema Curiosity ima možnost zaznavanja kratkih stikov, kot je prekinjevalnik ozemljitvenega tokokroga, ki ga imate v svoji kopalnici,' je pojasnil Morookian, 'razen ta vam pove, da je 'to je zelo, zelo slabo', namesto da bi vam le prižgala rumeno luč.'
Ker ekipa ne more iti na Mars in odpraviti težave, je vse popravljeno bodisi s pošiljanjem posodobitev programske opreme roverju bodisi s spremembo operativnih postopkov.
Curiosityjeva vaja v kupoli orodij na koncu robotske roke, nameščene v stiku s skalno površino za prvo vrtanje misije na 170. sol Curiosityjevega dela na Marsu (27. januar 2013) v zalivu Yellowknife. Sliko je posnela sprednja kamera za izogibanje nevarnosti (Hazcam). Kredit slike: NASA/JPL-Caltech.
'Zdaj smo samo bolj previdni pri uporabi vrtalnika,' je dejal Vasavada, 'in ne vrtajte s polno močjo na začetku, ampak počasi naraščajte. To je nekako tako, kot se zdaj vozimo, bolj previdno, a delo še vedno opravi. To še ni imelo velikega vpliva.'
Lažji dotik vrtalnika je bil potreben tudi za mehkejše blato in peščenjake, ki jih je rover naletel. Morookian je dejal, da obstaja zaskrbljenost, da večplastne kamnine morda ne bi zdržale pod napadom standardnega protokola vrtanja, zato so prilagodili tehniko, da uporabijo najnižje 'nastavitve', ki še vedno omogočajo, da vrta zadostno napreduje v kamnino.
Toda priložnosti za uporabo vaje se povečujejo, ko se Curiosity začne premikati po gori. Rover potuje po tem, kar Vasavada imenuje 'ciljno bogato, zelo zanimivo območje', saj si znanstvena ekipa prizadeva povezati geološki kontekst vsega, kar vidijo na slikah.
Iskanje ravnovesja na Marsu
Medtem ko je preusmeritev v Yellowknife Bayu ekipi omogočila nekaj večjih odkritij, so čutili pritisk, da so prišli do gore Sharp, zato so se 'vozili kot pekel eno leto,' je dejal Vasavada.
Zdaj je na gori še vedno pritisk, da bi kar najbolje izkoristili misijo, s ciljem prebiti vsaj štiri različne skalne enote – ali plasti – na Mt. Sharp. Vsaka plast bi lahko bila kot poglavje v knjigi Marsove zgodovine.
Del panorame iz Curiosity's Mastcam prikazuje razgibano površino 'Naukluft Plateau' in del roba kraterja Gale, posneto 4. aprila 2016 ali Sol 1301. Zasluge: NASA/JPL-Caltech/MSSS
»Raziskovanje gore Sharp je fascinantno,« je dejal Vasavada, »in poskušamo ohraniti mešanico med res odličnimi odkritji, ki nas – sovražiš reči – upočasnjuje in postajamo višje na gori. Če natančno pogledate skalo pred seboj, pomeni, da nikoli ne boste mogli iti čez in pogledati tistega drugega zanimivega kamna tam.
Vasavada in Morookian sta dejala, da je izziv ohranjati to ravnovesje vsak dan – najti tisto, kar se imenuje 'koleno v ovinku' ali 'sladka točka' popolne optimizacije med vožnjo in ustavljanjem za znanost.
Potem je tu ravnovesje med ustavitvijo, da bi opravili popolno opazovanje z vsemi instrumenti, in izvajanjem 'znanosti letenja', kjer se izvajajo manj intenzivna opazovanja.
'Vzamemo opazovanja, ki jih lahko, in ustvarimo vse hipoteze, ki jih lahko, v realnem času,' je dejal Vasavada. 'Tudi če nam ostane 100 odprtih vprašanj, vemo, da lahko na vprašanja odgovorimo pozneje, dokler vemo, da imamo dovolj podatkov.'
Primarni cilj Curiosityja ni vrh, temveč območje približno 400 metrov visoko, kjer geologi pričakujejo, da bodo našli mejo med kamninami, ki so v svoji zgodovini videle veliko vode, in tistimi, ki niso. Ta meja bo zagotovila vpogled v Marsov prehod iz mokrega planeta v suh in zapolnila ključno vrzel v razumevanju zgodovine planeta.
Rover Curiosity je posnel ta pogled na sončni zahod ob koncu 956. solne misije (15. aprila 2015) z lokacije roverja v kraterju Gale. To je bil prvi sončni zahod, ki ga je Curiosity opazil v barvah. Slika prihaja iz kamere za levo oko roverjeve Mast Camera (Mastcam). Zasluge: NASA/JPL-Caltech/MSSS/Texas A&M University.
Nihče v resnici ne ve, kako dolgo bo Curiosity trajal ali ali bo presenetil vse kot njegova predhodnika Spirit in Opportunity. Po preteku 'primarne misije' enega leta na Marsu (dve zemeljski leti) in zdaj v razširjeni misiji je ena velika spremenljivka vir energije RTG. Medtem ko se bo razpoložljiva moč začela postopoma zmanjševati, tako Vasavada kot Morookian ne pričakujeta, da bo to težava še vsaj štiri zemeljska leta, s pravim »negovanjem« pa bi moč lahko trajala ducat let ali več.
Vedo pa tudi, da ni mogoče napovedati, kako dolgo bo Curiosity trajal ali kateri nepričakovani dogodek bi lahko končal misijo.
Zver
Ali ima Curiosity osebnost kot prejšnji Marsovi roverji?
'Pravzaprav ne, zdi se, da tega roverja ne antropomorfiziramo, kot so to storili ljudje z Spirit in Opportunity,' je dejal Vasavada. »Čustveno se nismo povezali s tem. Sociologi so to dejansko preučevali.' Zmajal je z glavo z zabavnim nasmehom.
Vasavada je nakazal, da je to morda povezano z velikostjo Curiosityja.
'Mislim na to kot na velikansko zver,' je rekel z ravnim obrazom. 'Ampak ne na zloben način.'
Zdi se, da Curiosity fotobombardi Mount Sharp na tej sliki selfija, mozaiku, ustvarjenem iz več slik MAHLI. Zasluge: NASA/JPL-Caltech/MSSS/Uredil Jason Major.
Kar je zaznamovalo to poslanstvo, je dejal Vasavada, njegova zapletenost v vseh dimenzijah: človeška komponenta, da 500 ljudi pripravi do skupnega dela in sodelovanja, hkrati pa optimizira talente vseh; ohranjanje varnosti in zdravja roverja; in vzdrževanje desetih instrumentov vsak dan, ki včasih opravljajo popolnoma nepovezane znanstvene naloge.
'Vsak dan je naših malih 'sedem minut terorja', kjer mora biti toliko stvari vsak dan v redu,' je dejal Vasavada. »Obstaja milijon možnih težav in interakcij in nenehno moraš razmišljati o vseh načinih, kako lahko gredo stvari narobe, saj obstaja milijon načinov, kako lahko zamočiš. To je zapleten ples, a na srečo imamo odlično ekipo.'
Nato je z nasmehom dodal: 'Ta misija je vznemirljiva, čeprav je zver.'
'Neverjetne zgodbe iz vesolja: pogled iz zakulisja na misije, ki spreminjajo naš pogled na kozmos' je izdala založba Page Street Publishing , hčerinsko podjetje Macmillan.
Avtorica Nancy Atkinson pri JPL z modelom Curiosity Roverja.
