Три мини-марсохода объединятся для исследования Луны
Работая вместе без прямого участия человека, три марсохода размером с ручную кладь каждый будут составлять карту лунной поверхности в 3D, используя камеры и георадар. НАСА отправляет на Луну три миниатюрных вездехода, чтобы проверить, насколько хорошо они могут взаимодействовать друг с другом без прямого участия диспетчеров миссии на Земле. Проект CADRE (Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration) — командный эксперимент для демонстрации новой технологии — знаменует собой еще один шаг агентства к разработке роботов, которые, работая автономно, могут повысить эффективность будущих миссий. И, проводя одновременные измерения из нескольких мест, марсоходы призваны показать, как миссии с участием нескольких роботов потенциально могут способствовать новым наукам или поддерживать астронавтов.
В настоящее время планируется прибыть на борт посадочного модуля в 2024 году в рамках инициативы НАСА CLPS (Commercial Lunar Payload Services). Три небольших марсохода CADRE будут спущены в район Луны Рейнер-Гамма с помощью тросов. Каждый из четырехколесных вездеходов размером с ручную кладь будет ехать, чтобы найти место для принятия солнечных ванн, где они откроют свои солнечные батареи и зарядятся. Затем они проведут полный лунный день — около 14 земных дней — проводя эксперименты, предназначенные для проверки их возможностей. «Наша миссия — продемонстрировать, что сеть мобильных роботов может сотрудничать для выполнения задачи без вмешательства человека — автономно», — сказал Субха Командур, руководитель проекта CADRE в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. «Это может изменить то, как мы проводим исследования в будущем. Вопрос для будущих миссий будет таким: «Сколько марсоходов мы отправим и что они будут делать вместе?»
Диспетчеры миссии на Земле отправят развернутую директиву на базовую станцию марсоходов на борту посадочного модуля высотой 13 футов (4 метра). Затем команда маленьких роботов выберет «лидера», который, в свою очередь, будет распределять рабочие задания для достижения коллективной цели. Каждый марсоход придумает, как лучше всего безопасно выполнить поставленную задачу. «Единственная инструкция, например, «Исследуйте этот регион», а марсоходы выясняют все остальное: когда они будут ехать, по какому пути они пойдут, как они будут маневрировать вокруг местных опасностей», — сказал он. Жан-Пьер де ла Круа из JPL, главный исследователь CADRE. «Вы только сообщаете им цель высокого уровня, и они должны определить, как ее достичь».
Роверы пройдут несколько испытаний — все в поле зрения камеры наблюдения на базовой станции на вершине посадочного модуля. Во-первых, двигаться в строю и оставаться на курсе, используя сверхширокополосные радиостанции для поддержания своего относительного положения, полагаясь на датчики, чтобы избежать препятствий. Во втором эксперименте каждый из марсоходов выберет путь по своему выбору, чтобы исследовать обозначенную область площадью около 4300 квадратных футов (400 квадратных метров), создавая топографическую 3D-карту с помощью стереокамер. В рамках проекта также будет оцениваться, насколько хорошо команда адаптируется, если марсоход по какой-то причине перестанет работать. Успех покажет, что миссии с несколькими роботами — хороший выбор для изучения опасной, но полезной с научной точки зрения местности.
И хотя CADRE не занимается научными исследованиями, вездеходы будут оснащены мультистатическими георадарами. Двигаясь строем, каждый марсоход будет принимать отраженные радиосигналы, посылаемые другими, создавая трехмерное изображение структуры недр на глубине до 33 футов (10 метров). Вместе они могут собрать более полные данные, чем современные современные георадары, такие как RIMFAX на марсоходе NASA Perseverance (радиолокационное устройство формирования изображения для марсианского подповерхностного эксперимента). «Мы увидим, как несколько роботов, работающих вместе — выполняя несколько измерений в разных местах одновременно — могут записывать данные, которые невозможно получить с помощью одного робота», — сказал Командур. «Это может изменить правила игры в науке».
Но CADRE — это нечто большее, чем тестирование автономности и возможностей совместной работы: марсоходам также необходимо выжить в суровых температурных условиях вблизи экватора Луны, что создает проблемы для таких маленьких роботов. Под палящим солнечным светом марсоходы могут столкнуться с полуденными температурами до 237°F (114°C). Роверы, изготовленные из комбинации готовых коммерческих деталей и компонентов, изготовленных по индивидуальному заказу, должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать дневную жару, при этом быть компактными и легкими. В то же время им необходимо иметь вычислительную мощность для запуска программного обеспечения совместной автономии, разработанного JPL. Это трудный баланс: марсоходы и базовая станция проекта получают свою интеллектуальную мощность от небольшого процессорного чипа (следующее поколение процессора класса мобильных телефонов внутри марсианского вертолета NASA Ingenuity), но использование процессора способствует нагреву.
Чтобы марсоходы не готовились, команда CADRE придумала творческое решение: 30-минутные циклы бодрствования-сна. Каждые полчаса марсоходы будут выключаться, охлаждаться через радиаторы и перезаряжать батареи. Когда они одновременно просыпаются, они делятся своим состоянием здоровья друг с другом через ячеистую радиосеть (во многом похожую на домашнюю сеть Wi-Fi) и еще раз выбирают лидера на основе того, кто лучше всего подходит для выполнения поставленной задачи. Затем они отправятся на очередной этап исследования Луны.
