Sledi zadnji odlomek iz moje nove knjige "Neverjetne zgodbe iz vesolja: zakulisni pogled na misije, ki spreminjajo naš pogled na Kozmos." Knjiga je notranji pogled na več trenutnih Nasinih robotskih misij in ta odlomek je del 3 od 3 objavljenih tukaj v vesoljski reviji, poglavja 2, "Roving Mars with Curiosity." 1. del lahko preberete tukaj, 2. del pa 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 se voziti čez površino Marsa? V JPL si lahko zamislite inženirje z uporabo krmilnih palčk, podobnih tistim, ki se uporabljajo za igrače na daljavo ali video igre. Toda za razliko od vožnje z RC ali igranjem iger, vozniki Mars roverjev nimajo takojšnjih vizualnih vhodov ali video zaslona, da bi videli, kam gre rover. In tako kot pri pristajanju, vedno obstaja časovna zamuda, kdaj se na rover pošlje ukaz in ko je prejet na Mars.
"Zaradi časovnega zamika ne vozimo v interaktivnem smislu v realnem času," je pojasnil John Michael Morookian, ki vodi ekipo voznikov roverjev.
Dejanski naslov dela Marookiana in njegove ekipe je "Rover Planners", ki natančno opisuje, kaj počneta. Namesto da bi "vozili" roverje kot take; vnaprej načrtujejo pot, programirajo specializirano programsko opremo in navodila naložijo v Curiosity.
"Uporabljamo slike, ki jih je posnel rover okolice," je dejal Morookian. "Imamo nabor stereo posnetkov iz štirih črno-belih navigacijskih kamer, skupaj s slikami Hazcams (kamere za preprečevanje nevarnosti), podprte z barvnimi slikami visoke ločljivosti z MastCam, ki nam dajejo podrobnosti o naravi terena naprej in namige o vrstah kamnin in mineralov na najdišču. To pomaga prepoznati strukture, ki so znanstvenikom zanimive. "
Z uporabo vseh razpoložljivih podatkov lahko ustvarijo tridimenzionalno vizualizacijo terena s specializirano programsko opremo, imenovano Rover Sequaching and Visualization Program (RSVP).
"To je v bistvu simulator Marsa in v panoramo prizorišča smo postavili simulirano radovednost, da bi si zamislili, kako lahko rover prečka svojo pot," je pojasnil Morookian. "Lahko si nataknemo tudi stereo očala, ki našim očem omogočajo, da prizor vidijo v treh dimenzijah, kot da smo tam z roverjem.
V virtualni resničnosti vozniki roverjev lahko manipulirajo s prizorom in roverjem, da preizkusijo vsako možnost, katere poti so najboljše in katerim območjem se je treba izogibati. Tam lahko naredijo vse napake (obtičijo v sipini, prevrnejo rover, strmoglavijo v veliko skalo, zapeljejo v prepad) in izpopolnijo vozniško zaporedje, medtem ko pravi rover ostane na Marsu varen.
"Znanstveniki pregledajo tudi slike, da so zanimive lastnosti, in se posvetujejo z Rover Plannerji, da bi pomagali določiti pot. Nato sestavimo podrobne ukaze, ki so potrebni, da se radovednost od točke A do točke B poda po tej poti, «je dejal Morookian. "" Vključimo lahko tudi ukaze, potrebne za usmerjanje usmerjevalnika, da vzpostavi stik s spletno stranjo z uporabo njegove robotske roke. "
Torej, vsak večer je roverju zapovedano, da se za osem ur izklopi, da napolni baterije z jedrskim generatorjem. Najprej pa Curiosity pošlje podatke na Zemljo, vključno s slikami terena in kakršnimi koli znanstvenimi informacijami. Na Zemlji načrtovalci Roverja prevzamejo te podatke, opravijo načrtovanje, dokončajo programsko programiranje in podatke preusmerijo nazaj na Mars. Potem se radovednost prebudi, naloži navodila in nastavi delo. In cikel se ponavlja.
Radovednost ima tudi funkcijo AutoNav, ki roverju omogoča, da prečka območja, ki jih ekipa še ni videla na slikah. Torej bi lahko šli čez hrib in po drugi strani na neopaženo ozemlje, pri čemer AutoNav zazna potencialne nevarnosti.
"Ne uporabljamo ga prepogosto, ker je računsko drago, kar pomeni, da traja veliko dlje časa, da rover deluje v tem načinu," je dejal Morookian. "Pogosto smo mnenja, da je boljše trgovanje, če pridemo naslednji dan, si ogledamo slike in se odpeljemo, kolikor lahko vidimo."
Ko mi je Morookian pokazal različne prostore, ki jih uporabljajo ekipe za načrtovanje roverjev na JPL, mi je razložil, kako morajo delovati v več različnih časovnih okvirih.
"Nimamo samo dnevnega načrtovanja poti," je dejal, "ampak tudi strateško načrtovanje na dolge razdalje s pomočjo orbitalnih posnetkov iz kamere HiRISE na Mars Reconnaissance Orbiter in izbiramo poti, ki temeljijo na značilnostih, vidnih iz orbite. Naša ekipa deluje strateško in išče več mesecev, da bi opredelila najboljše poti. "
Naslednji postopek, imenovan Supra-Tactical, je videti šele naslednji teden. To vključuje načrtovalce znanosti, ki upravljajo in izpopolnjujejo vrste dejavnosti, ki jih bo rover izvajal v kratkem roku. Prav tako, ker nihče v ekipi ne živi več na Mars Timeu, ob petkih načrtovalci Roverja načrtujejo načrte več dni.
"Ker vikendi ne delamo, načrti za petek vsebujejo več možnosti," je dejal Morookian. "Dve vzporedni skupini se odločita, kateri dan bo rover vozil in kateri dan bo izvajal druge dejavnosti, kot je delo z robotsko roko ali drugimi instrumenti."
Podatki, ki pridejo iz roverja med vikendom, pa se spremljajo, in če pride do težave, je poklicana ekipa, da opravi podrobnejšo oceno. Morookian je navedel, da morajo večkrat angažirati ekipo za nujne primere, vendar doslej ni bilo resnih težav. "Vendar nas drži za nožne prste," je dejal.
Rover odlikuje številna reaktivna varnostna preverjanja višine celotnega nagiba roverja in pregiba sistema vzmetenja koles, tako da, če rover pelje čez prevelik objekt, se samodejno ustavi.
Radovednost ni bila zgrajena za hitrost. Zasnovan je bil za pot do 200 metrov do 660 čevljev, le redki v Solu le redko potujejo tako daleč. Do začetka leta 2016 je rover prevozil skupno 12,5 km (12 km) po Marsovi površini.
Obstaja več načinov, kako določiti, kako daleč je potoval Curiosity, vendar se najbolj natančna meritev imenuje "Vizualna odometrija." Radovednost ima v kolesih luknje v obliki črk Morseja, ki črkajo "JPL" - prikimavanje domov Roverjeve znanstvene in inženirske ekipe - po marsovskih tleh.
"Vizualna odometrija deluje tako, da primerja najnovejši par stereo posnetkov, zbranih približno na vsakem metru preko pogona," je dejal Morookian. "Posamezne značilnosti v prizoru se ujemajo in spremljajo, da se meri merilo, kako je kamera (in s tem rover) prevedla in se vrtela v tridimenzionalnem prostoru med obema slikama in nam v resničnem smislu pove, kako daleč je šel Curiosity . "
S skrbnim pregledom roverjev lahko razkrijete vrsto vleke, ki jo imajo kolesa in če so zdrsnila, na primer zaradi visokih pobočij ali peščenih tal.
Žal ima Curiosity zdaj na kolesih nove luknje, ki naj ne bi bile tam.
Težave z Roverjem
Morookian in projektni znanstvenik Ashwin Vasavada sta izrazila olajšanje in zadovoljstvo, da je na splošno - še daleč v misiji - Radovednost dokaj zdrav rover. Celotna znanost uporabnosti trenutno deluje s skoraj popolno zmogljivostjo. Toda inženirska ekipa spremlja nekaj vprašanj.
"Približno sol 400 smo ugotovili, da se kolesa obrabijo hitreje, kot smo pričakovali," je dejal Vasavada.
In obraba ni bila samo iz majhnih lukenj; ekipa je začela opažati punkcije in grde solze. Inženirji so spoznali, da luknje ustvarjajo trde, nazobčane kamnine, ki jih je v tem času vozil rover.
"Nismo v celoti pričakovali vrste" koničastih "kamnin, ki so delale škodo," je dejal Vasavada. "Opravili smo tudi nekaj testiranja in videli smo, kako lahko eno kolo potisne drugo kolo v skalo, kar škodo še poslabša. Zdaj vozimo bolj previdno in ne vozimo tako dolgo kot v preteklosti. Škodo smo uspeli izravnati na sprejemljivejšo ceno. "
Na začetku misije je računalnik Curiosity večkrat prešel v "varni način", saj je programska oprema Curiosity prepoznala težavo, odziv pa je bil, da onemogoči nadaljnje dejavnosti in telefon domov.
Specializirana programska oprema za zaščito pred napakami deluje po modulih in instrumentih. Ko se pojavi težava, se rover ustavi in na Zemljo pošlje podatke, imenovane „zapisi o dogodkih“. Zapisi vključujejo različne kategorije nujnosti, in v začetku leta 2015 je rover poslal sporočilo, ki je v bistvu reklo: "To je zelo, zelo slabo." Vrtalnik na roverjevi roki je občutil nihanje električnega toka - kot kratek stik.
"Programska oprema Curiosity ima sposobnost zaznavanja kratkih hlač, kot je prekinitelj tokokrožne napake, ki ga imate v svoji kopalnici," je pojasnil Morookian, "razen tega pa vam pove, da je" to zelo, zelo slabo ", namesto da vam daje rumeno luč."
Ker ekipa ne more iti na Mars in popraviti težave, je vse popravljeno s pošiljanjem posodobitev programske opreme na rover ali s spreminjanjem operativnih postopkov.
"Zdaj smo samo bolj previdni, kako uporabljamo vrtalnik," je dejal Vasavada, "in na začetku ne vrtajte s polno silo, ampak počasi naraščajte. To je nekako tako, kot se vozimo zdaj bolj previdno, vendar vseeno opravi delo. To še ni imelo velikega vpliva. "
Lažji dotik svedra je bil potreben tudi za mehkejše blatnike in peščenjake, na katere je naletel rover. Morookian je dejal, da obstaja zaskrbljenost, da večplastne kamnine ne bodo zdržale pod napadom standardnega protokola vrtanja, in zato so prilagodili tehniko tako, da bodo uporabili najnižje nastavitve, ki še vedno omogočajo, da vrtalnik zadostno napreduje v skalo.
A priložnosti za uporabo vaje se povečujejo, ko se radovednost začne vrteti po gori. Rover potuje skozi tisto, kar Vasavada imenuje "ciljno bogato, zelo zanimivo območje", saj znanstvena skupina deluje tako, da povezuje geološki kontekst vsega, kar vidijo na slikah.
Iskanje ravnotežja na Marsu
Medtem ko je preusmeritev v zaliv Yellowknife ekipi omogočila nekaj večjih odkritij, so čutili pritisk, da bi prišli do Mt. Ostri, tako da "se je eno leto vozil kot v peklu", je dejal Vasavada.
Zdaj je na gori še vedno pritisk, da kar najbolje izkoristimo poslanstvo, s ciljem, da se skozi Mt. prebijejo vsaj štiri različne skalne enote - ali plasti. Ostro. Vsak sloj je lahko kot poglavje iz Marsove knjige.
»Raziskovanje Mt. Ostrino je fascinantno, "je dejal Vasavada," in poskušamo ohraniti mešanico med resnično velikimi odkritji, ki nas - sovražiš reči - upočasnjujejo in postajamo višje na gori. Če natančno pogledate skalo pred vami, pomeni, da ne boste mogli nikoli več iti čez to drugo zanimivo skalo. "
Vasavada in Morookian sta povedala, da je izziv ohranjati ravnovesje vsak dan - najti tako imenovano "koleno v ovinku" ali "sladko mesto" popolne optimizacije med vožnjo in postankom za znanost.
Potem je ravnovesje med ustavitvijo, da bi opravili popolno opazovanje z vsemi instrumenti, in izvajanjem "leteče znanosti", kjer se izvajajo manj intenzivna opazovanja.
"Upoštevamo opažanja, ki jih lahko, in ustvarjamo vse hipoteze, ki jih lahko v realnem času," je dejal Vasavada. "Tudi če nam ostane 100 odprtih vprašanj, vemo, da lahko odgovorimo na vprašanja pozneje, če vemo, da smo vzeli dovolj podatkov."
Glavni cilj radovednosti ni vrh, temveč regija, približno 400 metrov, kjer geologi pričakujejo, da bodo našli mejo med skalami, ki so v svoji zgodovini videle veliko vode, in tistimi, ki tega še niso imele. Ta meja bo omogočila vpogled v Marsov prehod iz mokrega planeta na suh, zapolnila pa bo ključno vrzel v razumevanju zgodovine planeta.
Nihče v resnici ne ve, kako dolgo bo trajala radovednost ali pa bo presenetila vse, kot sta bila njena predhodnika Spirit in Opportunity. Po preteku „glavne misije“ enega leta na Marsu (dve zemeljski leti) in zdaj v razširjeni misiji je ena velika spremenljivka vir energije RTG. Medtem ko bo razpoložljiva moč nenehno upadala, tako Vasavada kot Marookian ne pričakujeta, da bosta to težavo vsaj še štiri zemeljska leta, in s pravim "negovanjem" bo moč lahko trajala ducat let ali več.
Vendar tudi vedo, da ni načina, da bi napovedali, kako dolgo bo trajala radovednost ali kateri nepričakovani dogodek bi lahko končal misijo.
Zver
Ima radovednost osebnost kot prejšnji Mars roverji?
"Pravzaprav ne, zdi se, da tega veslača ne antropomorfiziramo tako, kot so to počeli ljudje z Duhom in priložnostjo," je dejal Vasavada. "Nismo se čustveno povezali. Sociologi to dejansko preučujejo. " Z zasmešenim nasmehom je zmajal z glavo.
Vasavada je navedel, da ima to morda nekaj skupnega z velikostjo Radovednosti.
"Na to mislim kot na orjaško zver," je rekel naravnost obraz. "Sploh pa ne na srednji način."
Vasavada je dejal, da je to poslanstvo značilno zapletenost v vseh razsežnostih: človeška komponenta, s katero si 500 ljudi prizadeva za sodelovanje in sodelovanje ob optimizaciji vseh talentov; ohranjanje roverja varno in zdravo; in ohranjanje desetih instrumentov vsak dan, ki včasih opravljajo povsem nepovezane znanstvene naloge.
"Vsak dan je naše malo" sedem minut groze ", kjer mora toliko stvari iti prav vsak dan," je dejal Vasavada. "Obstaja milijon potencialnih vprašanj in medsebojnih odnosov, in nenehno morate razmišljati o vseh načinih, kako lahko gre narobe, saj obstaja milijon načinov, kako se lahko zapletite. To je zapleten ples, a na srečo imamo odlično ekipo. "
Nato je z nasmehom dodal: "Ta misija je navdušujoča, čeprav je zver."
"Neverjetne zgodbe iz vesolja: zakulisni pogled na misije, ki spreminjajo naš pogled na kozmos" objavlja Page Street Publishing, podružnica Macmilana.
