Цивилизация
Как управляют роверами на Луне и Марсе
Первым в истории внеземным колесным роботом стал советский «Луноход-1», который начал работу в 1970 году. На его борту были установлены телекамеры, которые по радио передавали изображение на экраны операторов на Земле. В пункте управления сидел полноценный экипаж лунохода: водитель отдавал команды движения с помощью кнопок, оператор антенны наводил ее точно на Землю, штурман прокладывал маршрут и сопоставлял его с видимым изображением, бортинженер анализировал показания приборов и делал вывод о техническом состоянии аппарата. Команды движения могут показаться простыми: «вперед» (быстро и медленно), «назад», «стоп», а также «поворот» в нужную сторону на определенный угол. Задача осложнялась невозможностью оценить расстояние до объекта, поскольку в ту эпоху не существовало VR-очков. Кроме того, операторы не имели права на ошибку и долго тренировались на построенном в Крыму полигоне, который имитировал лунный ландшафт.
Пульт дистанционного управления «Луноходом»
Regnard/Wikimedia CommonsСвет проходит от Земли до Луны за 1,3 секунды, поэтому водитель лунохода мог оперативно отреагировать на опасность и остановить движение. Совсем иначе приходится действовать на Марсе, поскольку путь сигнала от этой планеты до оператора и обратно занимает от 10 минут до получаса. Поэтому для управления марсоходами NASA использует другую тактику. На основе множества фотографий, сделанных как с поверхности, так и с орбиты, операторы создают компьютерную 3D-модель местности вокруг ровера. Опираясь на модель, специалисты NASA либо вручную пишут скрипт вроде «10 метров перед, 30 градусов влево, 5 метров вперед», либо указывают конечную точку маршрута, после чего компьютер марсохода сам управляет движением.
Автономный кооператив луноходов
Новый подход к управлению миссиями предложили авторы проекта CADRE, что в переводе расшифровывается как «Кооперативное автономное распределенное роботизированное исследование». Согласно плану, в 2024 году на Луну должны отправиться три колесных аппарата размером с чемодан каждый. Вместе с ними на Луну отправят неподвижную базовую станцию связи. На каждом ровере установят две стереокамеры и набор датчиков для создания точных 3D-моделей местности. Связь аппараты будут поддерживать по радио.
Главная особенность CADRE — автономное принятие решений. С Земли операторы будут передавать на базовую станцию лишь общие директивы и ставить перед системой цель. Получив ее, роверы изберут лидера, который будет распределять задачи между двумя другими аппаратами и самим собой. В свою очередь, каждый ровер самостоятельно решит, как именно выполнить индивидуальное задание. Высокая степень автономности даст луноходам возможность быстро реагировать на обстановку, что позволит исследовать опасные места вроде пещер и кратеров.
«Инструкция будет простой: «Иди исследуй эту область». Все остальное решает сам ровер — когда и куда ехать, как объезжать угрозы. Называешь им цель, а как достичь ее они думают сами»,
— рассказал Жан-Пьер де ла Круа, один из ученых проекта.
Однако для самостоятельного принятия решений луноходы придется оснастить мощным процессором с большим тепловыделением. Днем температура на поверхности Луны может превышать 100 градусов, так что остро встает проблема перегрева. Чтобы решить ее, инженеры придумали сделать работу луноходов цикличной. Каждые полчаса они будут отключаться, охлаждаться через радиаторы и перезаражать батареи. Через полчаса сна роверы включатся, обменяются сигналами, заново выберут лидера и продолжат выполнение задачи.
Зачем летят
От CADRE не ждут большой научной отдачи, главная цель проекта — доказать жизнеспособность идеи. В ходе первых экспериментов на Луне роверы будут оставаться в поле зрения камеры базовой станции и маневрировать. Для начала они будут ездить в строю, стараясь поддерживать между собой желаемое расстояние. Затем им поручат построить карту местности площадью 400 квадратных метров, выбирая для этого наиболее удобный маршрут.
Помимо камер, на луноходы установят набор георадаров для исследования недр на глубинах до 10 метров. На основе данных трех радаров синтезируют трехмерную модель лунного грунта — более точную, чем если бы работал лишь один датчик. Ожидается, что миссия продлится 14 суток, хотя зачастую аппараты NASA работают намного дольше требуемого срока.