A Vörös Bolygón nincs GPS-hálózat, de a Perseverance marsjáró mostantól pontosan tudja, hol van – emberi segítség nélkül. Képzeljük el, hogy egyedül vezetünk egy kietlen, sziklás sivatagban, ahol nincsenek utak, térkép, navigáció, és naponta legfeljebb egyszer kapcsolatba léphetünk valakivel, aki megmondja a pontos helyünket. Pont ezzel nézett szembe a NASA marsjárója az elmúlt öt évben, amióta a Jezero-kráterben landolt. Bár alapvető eszközei vannak a tájékozódásra, a pontos pozíciójának meghatározásához eddig a Földről érkező utasításokra volt szüksége. Ez most megváltozott.
A NASA Jet Propulsion Laboratoryjában kifejlesztett új technológia, a Mars Globális Lokalizáció lehetővé teszi a rover számára, hogy önállóan, percek alatt megtalálja a helyét a marsi tájban. Az algoritmus a járó navigációs kameráinak 360 fokos panorámaképeit hasonlítja össze a Mars Reconnaissance Orbiter műhold felvételeivel. A folyamat a korábban a most már nyugdíjazott Ingenuity helikopterrel való kommunikációra használt, rendkívül gyors processzoron fut, és mindössze két perc alatt, 25 centiméteres pontossággal képes meghatározni a járó pozícióját.
„Olyan, mintha GPS-t adtunk volna a rovernek,” magyarázta Vandi Verma, a JPL robotikai műveleteinek főmérnöke. „Ez azt jelenti, hogy sokkal hosszabb távolságokat tud majd megtenni önállóan, így több területet fedezhetünk fel, és több tudományos adatot gyűjthetünk. A technológia szinte bármely más, gyorsan és messzire utazó rover számára hasznos lehet.” Az új képesség különösen értékes, mivel a Perseverance önvezető rendszere, az AutoNav, már eddig is kiválóan működött. A korábban a pozícióbizonytalanság miatt korlátozott volt a napi megtett út, de most, hogy megállhat és pontosan beazonosíthatja magát, a rover gyakorlatilag korlátlan távolságokra utasítható anélkül, hogy közben kapcsolatba kellene lépnie a Földdel.
A látásodometrián túl
A Földtől eltérően a mélyűrben nincs GPS-műhold-hálózat, amely segítené az űrjárművek tájékozódását a bolygók felszínén. A korábbi marsjárókhoz hasonlóan a Perseverance is vizuális odometriára, azaz a kameraképeken látható tereptárgyak elemzésére és a kerekek csúszásának figyelembevételére hagyatkozik. Azonban a rendszer apró hibái minden egyes megtett méter után összeadódnak, így a rover egyre bizonytalanabbá válik pontos helyzetével kapcsolatban. Hosszabb utakon a pozíciója akár 35 méterrel is eltérhet a valóditól.
Amikor a rover úgy érzi, túl közel kerülhet veszélyes terephez, előfordulhat, hogy idő előtt leáll, és megvárja a Földről érkező megerősítést. „Az embereknek kellett mondaniuk neki: ‘Nem vagy eltévedve, biztonságban vagy. Folytasd,'” mondta Verma. „Tudtuk, hogy ha ezt a problémát megoldjuk, a rover naponta sokkal messzebbre tud majd haladni.” A Mars Globális Lokalizáció megoldja ezt: a rover maga hasonlítja össze a panorámaképeket a műholdas felvételekkel, meghatározza a helyét, és gördül tovább az előre megtervezett útvonalon.
„Egy új képességgel ruháztuk fel a járót,” jelentette ki Jeremy Nash, a JPL robotikamérnöke, aki Verma irányításával vezette a projektet. „Ez egy évtizedek óta tartó nyitott probléma volt a robotika kutatásában, és hihetetlenül izgalmas, hogy először az űrben vetjük be ezt a megoldást.” A csapat 2023-ban kezdte a munkát, és az algoritmus pontosságát 264 korábbi rover-megálló adatain tesztelte. A módszer minden egyes alkalommal hibátlanul megtalálta a járó pontos helyzetét.
Hogyan segített az Ingenuity
A Mars Globális Lokalizáció kulcsa a rover Helikopter Bázisállomása (HBS), amelyet eredetileg az Ingenuity helikopterrel való kommunikációra terveztek. Az eszköz egy kereskedelmi forgalomban is kapható processzort tartalmaz, amely több mint százszor gyorsabb, mint a rover két fő, a marsi környezet kemény sugárzási viszonyaira tervezett számítógépe. Bár ezek a kereskedelmi chipek nem voltak bizonyítottak az űrben, az Ingenuity, mint technológiai demonstrátor, kockázatot vállalt a bevetésükért – és a fogadás bejött.
A rendkívül erős HBS-processzor ihlette Vermát, hogy megnézze, hogyan használhatná ki a Perseverance küldetés. „Olyan, mintha egy ajándék lett volna. Az Ingenuity egy úttörő szerepet játszott, bebizonyítva, hogy kereskedelmi processzorok is használhatók a Marson,” mondta Verma. Azonban a gyors processzor használata kihívásokkal is járt. A megbízhatóság érdekében a csapat kifejlesztett egy „józanság-ellenőrzést”: az algoritmus többször fut le a HBS-en, mielőtt a rover egyik fő számítógépe ellenőrzi az eredmények egyezését.
A tesztelés során a csapat folyamatosan egy milliméteres eltérést tapasztalt. Kiderült, hogy a processzor memóriájának mintegy 25 bitje megsérült – ez elhanyagolható mennyiség a teljes 1 gigabájtos memóriához képest. A mérnökök kidolgoztak egy megoldást, amely izolálja ezeket a biteket az algoritmus futása közben. A lokalizációs folyamat mellett ez az ellenőrző mechanizmus és a memóriakezelési megoldás is új felhasználási területeket nyithat majd a jövőben, amikor gyorsabb kereskedelmi processzorok kerülnek bevetésre az űrkutatásban. A csapat már most a Hold felé fordítja a figyelmét, ahol a nehéz fényviszonyok és a hosszú, hideg éjszakák miatt különösen kritikus az űrjárművek pontos helymeghatározása.
Forrás: Nasa.gov ↗̱
©
