Følgende er det sidste uddrag fra min nye bog, "Utrolige historier fra rummet: Et bagved scenen kig på missionerne, der ændrer vores syn på kosmos." Bogen er et indvendigt kig på flere aktuelle NASA-robotmissioner, og dette uddrag er del 3 af 3, der er sendt her på Space Magazine, i kapitel 2, “Roving Mars with Curiosity.” Du kan læse del 1 her og del 2 her. Bogen findes i trykt eller e-bog (Kindle or Nook) Amazon og Barnes & Noble.
Sådan køres en Mars Rover
Hvordan ved nysgerrighed hvor og hvordan man kører over Mars 'overflade? Du kan forestille dig ingeniører hos JPL ved hjælp af joysticks, svarende til dem, der bruges til fjernbetjening legetøj eller videospil. Men i modsætning til RC-kørsel eller spil, har Mars rover-chaufførerne ikke øjeblikkelige visuelle input eller en videoskærm for at se, hvor rover går. Og ligesom ved landing er der altid en tidsforsinkelse af, hvornår en kommando sendes til rover, og når den modtages på Mars.
”Det kører ikke i en interaktiv realtid på grund af tidsforsinkelsen,” forklarede John Michael Morookian, der leder teamet af rover-chauffører.
Morookians og hans teams faktiske jobtitel er 'Rover Planners', som netop beskriver, hvad de gør. I stedet for at 'køre' roverne i sig selv; de planlægger ruten på forhånd, programmerer specialiseret software og upload instruktionerne til nysgerrighed.
”Vi bruger billeder taget af rover i dets omgivelser,” sagde Morookian. ”Vi har et sæt stereobilleder fra fire sort / hvide navigationskameraer sammen med billeder fra Hazcams (fare-undgåelseskameraer), understøttet af højopløsningsfarvebilleder fra MastCam, der giver os detaljer om terrænets natur foran og ledetråd om typer af klipper og mineraler på stedet. Dette hjælper med at identificere strukturer, der ser interessant ud for forskerne. ”
Ved hjælp af alle tilgængelige data kan de oprette en tredimensionel visualisering af terrænet med specialiseret software kaldet Rover Sequencing and Visualization Program (RSVP).
”Dette er dybest set en Mars-simulator, og vi sætter en simuleret nysgerrighed i et panorama af scenen for at visualisere, hvordan roveren kunne krydse på sin sti,” forklarede Morookian. ”Vi kan også tage på stereobriller, der gør det muligt for vores øjne at se scenen i tre dimensioner, som om vi var der med roveren.
I virtual reality kan rover-chaufførerne manipulere scenen og rover for at teste enhver mulighed for, hvilke ruter der er bedst, og hvilke områder man skal undgå. Der kan de begå alle fejlene (sidde fast i en klit, vippe roveren, gå ned i en stor klippe, køre væk fra et bundfald) og perfektlægge køresekvensen, mens den rigtige rover forbliver sikker på Mars.
”Forskerne gennemgår også billederne for funktioner, der er interessante og konsultere Rover-planlæggere for at hjælpe med at definere en sti. Så komponerer vi de detaljerede kommandoer, der er nødvendige for at få nysgerrighed fra punkt A til punkt B langs den sti, ”sagde Morookian. ”” Vi kan også indarbejde de kommandoer, der er nødvendige for at give rover retningen til at komme i kontakt med stedet ved hjælp af dets robotarm. ”
Så rover beordres hver aften at lukke ned i otte timer for at genoplade sine batterier med atomgeneratoren. Men først sender Curiosity data til Jorden, herunder billeder af terrænet og enhver videnskabelig information. På jorden tager Rover Planners disse data, udfører deres planlægningsarbejde, afslutter softwareprogrammeringen og stråler informationen tilbage til Mars. Så vågner nysgerrighed op, downloader instruktionerne og sætter til at fungere. Og cyklussen gentages.
Nysgerrighed har også en AutoNav-funktion, der gør det muligt for rover at krydse områder, holdet endnu ikke har set på billeder. Så det kunne gå over bakken og ned på den anden side til ubeskyttet territorium, hvor AutoNav registrerer potentielle farer.
”Vi bruger det ikke for ofte, fordi det er beregningsdygtigt, hvilket betyder, at det tager meget længere tid for rover at fungere i denne tilstand,” sagde Morookian. ”Vi finder ofte, at det er en bedre handel at bare komme den næste dag, se på billederne og køre så vidt vi kan se.”
Da Morookian viste mig de forskellige rum, der blev brugt af roverplanlægningshold hos JPL, forklarede han, hvordan de har brug for at operere over en række forskellige tidsplaner.
”Vi har ikke kun den daglige ruteplanlægning,” sagde han, “men laver også langtrækkende strategisk planlægning ved hjælp af orbitalbilleder fra HiRISE-kameraet på Mars Reconnaissance Orbiter og vælger stier baseret på funktioner set fra bane. Vores team arbejder strategisk og ser mange måneder ud for at definere de bedste veje. ”
En anden proces kaldet Supra-Tactical ser ud til blot den næste uge. Dette involverer videnskabsplanlæggere, der forvalter og raffinerer de typer aktiviteter, rover vil udføre på kort sigt. Da ingen i teamet bor på Mars Time længere, udarbejder Rover Planners på fredage planerne i flere dage.
”Da vi ikke arbejder i weekenderne, indeholder fredagsplaner flere sols aktiviteter,” sagde Morookian. ”To parallelle hold bestemmer, hvilke dage roveren vil køre, og hvilke dage den vil udføre andre aktiviteter, såsom arbejde med robotarmen eller andre instrumenter.”
De data, der kommer ned fra roveren i løbet af weekenden, overvåges dog, og hvis der er et problem, kaldes et team ind for at foretage en mere detaljeret vurdering. Morookian oplyste, at de var nødt til at inddrage nødhelgeteamet flere gange, men indtil videre har der ikke været nogen alvorlige problemer. ”Det holder os dog på tæerne,” sagde han.
Roveren har et antal reaktive sikkerhedskontroller af mængden af den samlede hældning af roverdækket og artikuleringen af hjulets ophængssystem, så hvis roveren går over en for stor genstand, stopper den automatisk.
Nysgerrighed blev ikke bygget til hastighed. Det var designet til at rejse op til 200 meter på en dag, men det rejser sjældent så langt i en Sol. I begyndelsen af 2016 havde roveren kørt i alt ca. 12 km over Mars 'overflade.
Der er adskillige måder at bestemme, hvor langt nysgerrigheden har rejst, men den mest nøjagtige måling kaldes 'Visual Odometry.' Curiosity har specialiseret huller i sine hjul i form af morskodebogstaver, der stave 'JPL' - et nikk til hjemmet af roverens videnskabs- og ingeniørteam - på tværs af Marsjord.
”Visuel odometri fungerer ved at sammenligne det seneste par stereobilleder, der er samlet omtrent hver meter over drevet,” sagde Morookian. ”Individuelle funktioner i scenen matches og spores for at give et mål for, hvordan kameraet (og dermed roveren) har oversat og roteret i 3-dimensionelt rum mellem de to billeder, og det fortæller os i en meget reel forstand, hvor langt nysgerrigheden er gået .”
Omhyggelig eftersyn af rover-sporene kan afsløre, hvilken type trækkraft hjulene har, og hvis de er glidet, for eksempel på grund af høje skråninger eller sandgrund.
Desværre har Curiosity nu nye huller i sine hjul, som ikke skal være der.
Rover-problemer
Morookian og projektforsker Ashwin Vasavada udtrykte begge lettelse og tilfredshed med, at alt i alt - så langt ind i missionen - nysgerrighed er en ret sund rover. Hele videnskabelig nyttelast fungerer i øjeblikket med næsten fuld kapacitet. Men ingeniørteamet holder øje med nogle få problemer.
”Omkring sol 400 indså vi, at hjulene var hurtigere på, end vi havde forventet,” sagde Vasavada.
Og slidet bestod ikke kun af små huller; holdet begyndte at se punkteringer og grimme tårer. Ingeniører indså, at hullerne blev skabt af de hårde, taggete klipper, som roveren kørte over i løbet af den tid.
”Vi forventede ikke fuldt ud den slags” spidse ”klipper, der gjorde skade,” sagde Vasavada. ”Vi lavede også nogle test og så, hvordan et hjul kunne skubbe et andet hjul ind i en klippe, hvilket gjorde skaden værre. Vi kører nu mere forsigtigt og kører ikke så længe som vi har gjort i fortiden. Vi har været i stand til at udjævne skaderne til en mere acceptabel sats. ”
Tidligt i missionen gik Curiositys computer flere gange i 'sikker tilstand', da Curiositys software genkendte et problem, og svaret var at afvise yderligere aktivitet og telefon hjem.
Specialiseret fejlbeskyttelsessoftware kører gennem modulerne og instrumenterne, og når et problem opstår, stopper roveren og sender data kaldet 'begivenhedsregistre' til Jorden. Registreringerne inkluderer forskellige kategorier af presserende karakter, og i begyndelsen af 2015 sendte rover en meddelelse, der i det væsentlige sagde: "Dette er meget, meget dårligt." Boret på roverens arm havde oplevet en udsving i en elektrisk strøm - som en kortslutning.
"Curiosity's software har evnen til at opdage shorts, ligesom den jordfejlafbrydere, du har i dit badeværelse," forklarede Morookian, "undtagen denne fortæller dig 'dette er meget, meget dårligt' i stedet for bare at give dig et gult lys."
Da teamet ikke kan gå til Mars og reparere et problem, løses alt enten ved at sende softwareopdateringer til rover eller ved at ændre driftsprocedurer.
”Vi er bare mere forsigtige nu med, hvordan vi bruger boret,” sagde Vasavada, “og bor ikke med fuld kraft i starten, men løber langsomt op. Det er sådan som hvordan vi kører nu, mere forsigtigt, men det får stadig arbejdet gjort. Det har endnu ikke været en stor indflydelse. ”
Et lettere tryk på boret var også nødvendigt for de blødere mudsten og sandsten, som roveren stød på. Morookian sagde, at der var bekymring for, at de lagdelte klipper muligvis ikke holder op under angrebet af standardboreprotokollen, og derfor justerede de teknikken til at bruge de laveste 'indstillinger', der stadig gør det muligt for boret at gøre tilstrækkelige fremskridt ind i klippen.
Men mulighederne for at bruge boret øges, når nysgerrigheden begynder sin travers op ad bjerget. Roveren rejser gennem det, Vasavada kalder et "målrig, meget interessant område", da videnskabsteamet arbejder for at binde den geologiske sammenhæng sammen med alt det, de ser på billederne.
At finde balance på Mars
Mens omdirigering ved Yellowknife Bay gjorde det muligt for holdet at gøre nogle større opdagelser, følte de pres for at komme til Mt. Skarp, så ”kørte som et helvede i et år,” sagde Vasavada.
Nu på bjerget er der stadig presset for at få mest muligt ud af missionen med det mål at gøre det gennem mindst fire forskellige klippeenheder - eller lag - på Mt. Skarp. Hvert lag kan være som et kapitel i Mars 'bog.
“Udforske Mt. Sharp er fascinerende, ”sagde Vasavada,“ og vi forsøger at opretholde en blanding mellem virkelig store opdagelser, som - du hader at sige - bremser os ned og bliver højere på bjerget. At se nøje på en klippe foran dig betyder, at du aldrig vil være i stand til at gå over og se på den anden interessante klippe derovre. ”
Vasavada og Morookian sagde begge, at det er en udfordring at bevare den balance hver dag - at finde det, der kaldes 'knæet i kurven' eller 'sweet spot', som den perfekte optimering mellem kørsel og stop for videnskab.
Så er der balancen mellem at stoppe for at gøre en fuld observation med alle instrumenterne og gøre 'flyby science', hvor der er foretaget mindre intense observationer.
”Vi tager de observationer, vi kan, og genererer alle de hypoteser, vi kan i realtid,” sagde Vasavada. ”Selv hvis vi står tilbage med 100 åbne spørgsmål, ved vi, at vi kan besvare spørgsmålene senere, så længe vi ved, at vi har taget nok data.”
Curiositys primære mål er ikke topmødet, men i stedet et område omkring 1.330 fod (400 meter) op, hvor geologer forventer at finde grænsen mellem klipper, der så meget vand i deres historie, og dem, der ikke gjorde det. Denne grænse vil give indsigt i Mars 'overgang fra en våd planet til tør, og udfylde et nøglehul i forståelsen af planetens historie.
Ingen ved virkelig, hvor længe nysgerrigheden vil vare, eller om den vil overraske alle som dens forgængere Spirit og Opportunity. Efter at have passeret det forbi den 'primære mission' på et år på Mars (to jordår), og nu i den udvidede mission, er den ene store variabel RTG-strømkilden. Mens den tilgængelige magt vil begynde at aftage støt, forventer både Vasavada og Morookian ikke, at det skal være i et emne i mindst fire flere jordår, og med den rigtige "pleje" kan strøm vare i et dusin år eller mere.
Men de ved også, at der ikke er nogen måde at forudsige, hvor lang tid nysgerrigheden vil gå, eller hvilken uventet begivenhed der kan afslutte missionen.
Uhyret
Har nysgerrighed en personlighed som de tidligere Mars-kløfter?
"Faktisk nej, vi ser ikke ud til at antropomorfisere denne rover, som folk gjorde med Spirit og Opportunity," sagde Vasavada. ”Vi har ikke bundet følelsesmæssigt med det. Sociologer har faktisk undersøgt dette. ” Han rystede på hovedet med et underholdt smil.
Vasavada indikerede, at det måske havde noget at gøre med Curiositys størrelse.
”Jeg tænker på det som et kæmpeudyr,” sagde han ligefrem. ”Men overhovedet ikke på en måde.”
Hvad der er kommet for at karakterisere denne mission, sagde Vasavada, er kompleksiteten i den i enhver dimension: den menneskelige komponent i at få 500 mennesker til at arbejde og samarbejde samtidig med at optimere alles talenter; at holde roveren sikker og sund; og at holde ti instrumenter i gang hver dag, som undertiden udfører fuldstændigt ikke-relaterede videnskabsopgaver.
”Hver dag er vores eget lille syv minutters terror”, hvor så mange ting skal gå lige hver eneste dag, ”sagde Vasavada. ”Der er en million potentielle problemer og interaktioner, og du skal konstant overveje alle de måder, ting kan gå galt, fordi der er en million måder, du kan rod på. Det er en kompliceret dans, men heldigvis har vi et fantastisk hold. ”
Derefter tilføjede han med et smil, "Denne mission er dog spændende, selvom det er et udyr."
”Utrolige historier fra rummet: Et bag-scenen-blik på missionerne, der ændrer vores syn på kosmos”, udgives af Page Street Publishing, et datterselskab af Macmillan.
