¿Cómo saben los rovers en Marte u otros planetas qué hacer a continuación si hay un cierto retraso en la transmisión y recepción entre planetas?

Esa es una pregunta excelente y reflexiva, que se aborda de manera bastante comprensible en Sojourner de Andrew Miskn: Una visión privilegiada de la Misión Mars Pathfinder.

Sin embargo, la respuesta corta es, navegación de punto de ruta.

Cuando estaba en la escuela, construí un robot de feria de ciencias que podía seguir una franja blanca pintada en el piso. Curiosamente, utilizó el mismo microprocesador que luego alimentaría a Sojornor, el primer rover de Marte de la NASA. No hay nadie para pintar rayas en Marte, por lo que los ingenieros de JPL desarrollaron un software para permitir que el pequeño y débil procesador de 8 bits detecte puntos de referencia en las fotos para que puedan enviar los comandos del móvil como

Muévase hasta llegar a tal o cual roca, luego gire 20 grados más o menos en el sentido de las agujas del reloj hasta que esta otra roca esté directamente frente a usted, luego evalúe el grado y gire una rueda para ver qué tan suave es el suelo. Luego, si parece seguro, descienda la colina y muestree la roca allí, recolecte algo de tierra, despliegue el experimento X, alimente en el suelo y ejecute el experimento. Luego transmita sus hallazgos al módulo de aterrizaje. Luego realice un panorama estándar. Luego, envíe la bandeja y todas las fotos de navegación que haya recopilado al módulo de aterrizaje. Luego gire 90 grados en sentido contrario a las agujas del reloj (para apuntar el panel solar hacia el sol) y deje que la batería se cargue hasta que obtenga sus siguientes comandos. Mientras hace todo esto, haga lo que haga, nunca retroceda a menos de 20 metros del módulo de aterrizaje (donde los escombros están dispersos) o más allá de tales y tales metros de distancia (donde podría perderse el contacto de radio).

Por supuesto, este es solo un ejemplo inventado, y probablemente sea mucho más complejo que cualquier conjunto de comandos enviado a Sojourner, pero se entiende la idea.

Los planificadores de misiones saben cuándo estarán en contacto y por cuánto tiempo. Planean un día de trabajo con asignaciones para cualquier cosa que pueda salir mal y trabajar alrededor de sus ventanas de comunicaciones. Además de reconocer los puntos de referencia en las imágenes, los rovers usan cámaras estéreo, láser y otros sensores activos para resaltar el terreno, y los rovers posteriores tienen computadoras e inteligencia artificial más potentes.

Entonces, por ejemplo, cuando el rover Curiosity llegó a Marte, encontró el terreno inesperadamente lleno de rocas duras y afiladas incrustadas en rocas subterráneas. Los bordes afilados e inmóviles comenzaron a dañar las ruedas. Los controladores de tierra pronto descubrieron cómo evitar daños mayores desarmando las ruedas a medida que pasaban por los bordes afilados, pero no hay forma de que esto se pueda programar de antemano. Por lo tanto, vincularon un algoritmo para indicarle al explorador que detecte esta condición y responda en consecuencia.

Esto no es nada nuevo. Cuando la sonda Voyage I sufrió una falla en la antena principal, no pudo enviar todas las imágenes científicas necesarias para completar su misión, por lo que los controladores de la misión reprogramaron su computadora para realizar algunas de las tareas que los científicos humanos normalmente harían, buscando evidencia de lunas y características interesantes dentro de las imágenes, y solo transmiten las partes interesantes de esas imágenes.

Y así es como lo haces.


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La planificación de cada misión a Marte se divide en dos amplias áreas: táctica y estratégica. La gente estratégica trabaja en un plan a largo plazo, después de todo, no quieres que Curiosity revolotee aleatoriamente alrededor de la superficie después de cada objeto brillante que vea, y el grupo táctico determina qué Curiosity hará cada sol (es decir, día en Marte ) Los soles están numerados desde el día del aterrizaje, por lo que escuchará a los planificadores de misiones hablar sobre las actividades en “Sol 239”, por ejemplo.

En pocas palabras (muy simplificado), así es como se supone que debe funcionar: la planificación de cada sol comienza cada “tarde”, hora de Marte . Los equipos tácticos de ciencia e ingeniería revisan los datos recibidos de Curiosity durante el sol anterior y deciden un plan de actividades para el próximo sol. Hay una gran variedad de factores para decidir el plan, incluidos los requisitos de energía y la cantidad de ancho de banda de descarga disponible (ver más abajo). Finalmente, los equipos desarrollan el conjunto de comandos detallados para indicar a Curiosity que realice las actividades deseadas. Estos comandos tienen que ser revisados ​​cuidadosamente, ya que no hay nadie en el lugar con Curiosity que grite: “¡Whoa! ¡Cuidado! ”Si los comandos le ordenan a Curiosity que haga algo peligroso. Los comandos se envían a Curiosity durante la noche. A la luz del día, Curiosity sigue el plan y tiene alrededor de cinco horas para hacer todo. Una vez que se realiza el plan, Curiosity devuelve los datos a media tarde (hora de Marte) que se necesitan para planificar el próximo sol. (Los datos que no son necesarios para la planificación del próximo sol se pueden transmitir de la noche a la mañana). Enjuague y repita cada sol.

El plan era que durante los primeros 90 soles, el personal de Curiosity viviría en “tiempo de Marte”, es decir, su día de trabajo giraba en torno a la planificación que se requería “durante la noche” en función del tiempo de Marte. El problema es que este tipo de horario es realmente difícil para nosotros los humanos, es mucho peor que solo trabajar en el turno de noche. Un sol marciano dura aproximadamente 24 horas y 40 minutos: está cerca de un día de la Tierra, pero lo suficientemente apagado como para que su ritmo circadiano esté constantemente desordenado, y su día de trabajo se mueva constantemente en relación con el tiempo en la Tierra. Un día te estás despertando para trabajar a mitad del día, y unas semanas más tarde te diriges a trabajar en medio de la noche. La NASA sabía por experiencia previa que la gente no podía seguir así por mucho tiempo.

Después de los primeros meses, el equipo de Curiosity fue a un turno más normal. Esto significaba que el tiempo no siempre funciona como se describió anteriormente, y requería que hicieran planes que abarcaran múltiples soles.

Para obtener detalles sobre cómo es vivir en la Tierra pero trabajar en “Tiempo de Marte”, consulte el excelente libro de Andrew Kessler, “Verano marciano” sobre su tiempo en el proyecto Mars Phoenix.

Una nota sobre las comunicaciones: la curiosidad podría comunicarse directamente con la Tierra, pero a velocidades de datos muy bajas: un máximo de 32 kilobits / seg. Puede hacerlo mejor transmitiendo comunicaciones a través de uno de los dos orbitadores que están en órbita alrededor de Marte de proyectos en curso anteriores. Las tasas de datos de curiosidad son de 256 kilobits / seg. a través de Mars Odyssey (lanzado en 2001) o 2 megabits / seg. a través del Mars Reconnaissance Orbiter (MRO, lanzado en 2005). Debido a la velocidad de datos más rápida, la mayoría de los datos de Curiosity se devuelven a la tierra a través de un relé a través de uno de estos orbitadores, pero la cantidad de tiempo que Curiosity está en contacto con los orbitadores varía durante cada sol, y esto limita la cantidad de datos que puede devolver Curiosity en un día dado. Los planificadores de misiones deben tener esto en cuenta.

Extreme Tech tiene un artículo realmente bueno que lo explica.

En resumen, hay dos formas en que Curiosity puede navegar por la superficie de Marte: la NASA puede transmitir una serie de comandos específicos, que el rover lleva a cabo obedientemente, o la NASA puede darle un objetivo a Curiosity, y luego confiar en el rover para encontrar de forma autónoma su propio camino hasta allí. En ambos casos, los comandos se transmiten a Curiosity a través de la Red de Espacio Profundo de la NASA, la red mundial de antenas de plato grande que la NASA usa para comunicarse con la nave espacial y llevar a cabo algo de radioastronomía en el costado.

Para decidir qué método de navegación usar, la NASA usa el Programa de secuenciación y visualización de Rover (RSVP), que es básicamente un simulador de Marte. RSVP muestra la posición actual de Curiosity en Marte, junto con la topología de la superficie, los obstáculos (rocas), etc. RSVP se puede usar para trazar un movimiento (avanzar 10 metros, girar 30 grados a la derecha, avanzar 3 metros) o para elegir un punto final, al que Curiosity navegará de manera autónoma y obediente. Para navegar con seguridad por Marte, Curiosity usa sus Hazcams (cámaras para evitar peligros) para construir un mapa estereoscópico de su entorno, identifica qué objetos son demasiado grandes para conducir y luego traza un rumbo hasta el punto final.

Cuando Curiosity finaliza su transmisión, transmite un montón de imágenes en miniatura de sus cámaras a bordo a la NASA, que luego se utilizan para determinar la ubicación exacta de Curiosity en Marte. Estos datos se envían a RSVP, se trazan los movimientos del día siguiente, y así sucesivamente. [1]

Notas al pie

[1] ¿Cómo maneja la NASA la curiosidad del rover de Marte? – ExtremeTech

Los rovers modernos son semiautónomos. Tienen un sistema de IA con inteligencia de nivel de insecto. Pueden superar obstáculos simples y continuar con su programación sin esperar las instrucciones de Huston.

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