Di seguito è riportato l'ultimo estratto del mio nuovo libro, "Incredible Stories From Space: uno sguardo dietro le quinte delle missioni che cambiano la nostra visione del cosmo". Il libro è uno sguardo all'interno di diverse missioni robotiche attuali della NASA, e questo estratto è la parte 3 di 3 pubblicata qui su Space Magazine, del capitolo 2, "Roving Mars with Curiosity". Puoi leggere la Parte 1 qui e la Parte 2 qui. Il libro è disponibile in formato cartaceo o e-book (Kindle o Nook) Amazon e Barnes & Noble.
Come guidare una Mars Rover
Come fa Curiosity a sapere dove e come guidare sulla superficie di Marte? Potresti immaginare ingegneri in JPL usando i joystick, simili a quelli usati per i giocattoli telecomandati o i videogiochi. Ma a differenza della guida RC o dei giochi, i driver Mars rover non hanno input visivi immediati o uno schermo video per vedere dove sta andando il rover. E proprio come all'atterraggio, c'è sempre un ritardo di quando un comando viene inviato al rover e quando viene ricevuto su Marte.
"Non sta guidando in senso interattivo in tempo reale a causa del ritardo", ha spiegato John Michael Morookian, che guida il team di piloti rover.
Il vero titolo di lavoro di Morookian e del suo team sono "Rover Planners", che descrivono esattamente cosa fanno. Invece di "guidare" i rover di per sé; pianificano in anticipo il percorso, programmano software specializzato e caricano le istruzioni su Curiosity.
"Usiamo le immagini scattate dal rover dei suoi dintorni", ha detto il marocchino. "Abbiamo una serie di immagini stereo da quattro videocamere di navigazione in bianco e nero, insieme a immagini delle Hazcam (telecamere per evitare i rischi), supportate da immagini a colori ad alta risoluzione della MastCam che ci forniscono dettagli sulla natura del terreno avanti e indizi su tipi di rocce e minerali nel sito. Questo aiuta a identificare strutture che sembrano interessanti per gli scienziati. "
Utilizzando tutti i dati disponibili, possono creare una visualizzazione tridimensionale del terreno con un software specializzato chiamato Rover Sequencing and Visualization Program (RSVP).
"Questo è fondamentalmente un simulatore di Marte e abbiamo inserito una Curiosità simulata in un panorama della scena per visualizzare come il rover potrebbe attraversare il suo cammino", ha spiegato Morookian. “Possiamo anche indossare occhiali stereo, che consentono ai nostri occhi di vedere la scena in tre dimensioni come se fossimo lì con il rover.
Nella realtà virtuale, i driver del rover possono manipolare la scena e il rover per testare ogni possibilità di quali percorsi sono i migliori e quali aree evitare. Lì, possono fare tutti gli errori (rimanere bloccati in una duna, inclinare il rover, schiantarsi contro una grande roccia, scacciare un precipizio) e perfezionare la sequenza di guida mentre il vero rover rimane al sicuro su Marte.
“Gli scienziati hanno anche rivisto le immagini per caratteristiche interessanti e si sono consultate con i Rover Planners per aiutare a definire un percorso. Quindi componiamo i comandi dettagliati necessari per ottenere la curiosità dal punto A al punto B lungo quel percorso ", ha detto Morookian. "" Possiamo anche incorporare i comandi necessari per fornire alla direzione del rover il contatto con il sito utilizzando il braccio robotico. "
Quindi, ogni notte al rover viene comandato di spegnersi per otto ore per ricaricare le batterie con il generatore nucleare. Ma prima Curiosity invia dati sulla Terra, comprese le immagini del terreno e qualsiasi informazione scientifica. Sulla Terra, i Rover Planner raccolgono quei dati, fanno il loro lavoro di pianificazione, completano la programmazione del software e trasmettono le informazioni su Marte. Quindi Curiosity si sveglia, scarica le istruzioni e si mette al lavoro. E il ciclo si ripete.
Curiosity ha anche una funzione AutoNav che consente al rover di attraversare aree che la squadra non ha ancora visto nelle immagini. Quindi, potrebbe andare oltre la collina e giù dall'altra parte in un territorio inesplorato, con AutoNav che rileva potenziali pericoli.
"Non lo usiamo troppo spesso perché è computazionalmente costoso, il che significa che il rover impiega molto più tempo a funzionare in quella modalità", ha detto Morookian. "Troviamo spesso che sia un affare migliore venire solo il giorno successivo, guardare le immagini e guidare per quanto possiamo vedere."
Mentre Morookian mi mostrava le varie stanze utilizzate dai team di pianificazione rover di JPL, mi spiegò come avrebbero dovuto operare su una serie di tempistiche diverse.
"Non solo abbiamo la pianificazione giornaliera del percorso", ha affermato, "ma facciamo anche una pianificazione strategica a lungo raggio utilizzando le immagini orbitali della videocamera HiRISE su Mars Reconnaissance Orbiter e scegliamo percorsi basati su funzioni viste dall'orbita. Il nostro team lavora strategicamente, cercando molti mesi per definire i percorsi migliori. "
Un altro processo chiamato Supra-Tactical si affaccia solo alla settimana successiva. Ciò implica che i pianificatori scientifici gestiscano e perfezionino i tipi di attività che il rover svolgerà a breve termine. Inoltre, poiché nessuno nel team vive più su Mars Time, il venerdì i Rover Planners elaborano i piani per diversi giorni.
"Dal momento che non lavoriamo nei fine settimana, i piani del venerdì contengono molteplici aspetti positivi delle attività", ha affermato Morookian. "Due team paralleli decidono in quali giorni guiderà il rover e in quali giorni svolgerà altre attività, come il lavoro con il braccio robotico o altri strumenti."
I dati che derivano dal rover durante il fine settimana vengono comunque monitorati e, in caso di problemi, viene chiamato un team per effettuare una valutazione più dettagliata. I marocchini hanno dichiarato di aver dovuto impegnare più volte il team del fine settimana di emergenza, ma finora non ci sono stati problemi seri. "Tuttavia, ci tiene in guardia", ha detto.
Il rover presenta una serie di controlli di sicurezza reattivi sulla quantità di inclinazione complessiva del piatto del rover e sull'articolazione del sistema di sospensione delle ruote, quindi se il rover supera un oggetto troppo grande, si arresterà automaticamente.
La curiosità non è stata costruita per la velocità. È stato progettato per viaggiare fino a 200 metri (660 piedi) in un giorno, ma raramente viaggia così lontano in un Sol. All'inizio del 2016 il rover aveva percorso un totale di circa 12 km dalla superficie di Marte.
Esistono diversi modi per determinare la distanza percorsa da Curiosity, ma la misurazione più accurata si chiama "Visual Odometry". Curiosity ha fori speciali nelle sue ruote a forma di lettere in codice Morse, che spiegano "JPL" - un cenno alla casa dei team scientifici e ingegneristici del rover - attraverso il suolo marziano.
"L'odometria visiva funziona confrontando la coppia più recente di immagini stereo raccolte all'incirca ogni metro sull'unità", ha detto Morookian. “Le singole caratteristiche della scena sono abbinate e tracciate per fornire una misura di come la fotocamera (e quindi il rover) ha tradotto e ruotato in uno spazio tridimensionale tra le due immagini e ci dice in un senso molto reale fino a che punto è arrivata la curiosità “.
Un'attenta ispezione delle piste del rover può rivelare il tipo di trazione delle ruote e se sono scivolate, ad esempio a causa di pendenze elevate o terreno sabbioso.
Sfortunatamente, Curiosity ora ha nuovi buchi nelle sue ruote che non dovrebbero essere lì.
Problemi di Rover
Ashwin Vasavada, scienziato marocchino e di progetto, entrambi hanno espresso sollievo e soddisfazione per il fatto che, fino a questo punto nella missione, la curiosità è un rover abbastanza sano. L'intero payload scientifico è attualmente operativo a piena capacità. Ma il team di ingegneri tiene d'occhio alcuni problemi.
"Intorno al sol 400, ci siamo resi conto che le ruote si stavano consumando più velocemente del previsto", ha detto Vasavada.
E l'usura non consisteva solo di piccoli buchi; la squadra ha iniziato a vedere forature e lacrime brutte. Gli ingegneri si resero conto che i buchi venivano creati dalle rocce dure e frastagliate su cui il rover stava guidando in quel periodo.
"Non ci aspettavamo del tutto il tipo di rocce" appuntite "che stavano danneggiando", ha detto Vasavada. “Abbiamo anche fatto alcuni test e abbiamo visto come una ruota potrebbe spingere un'altra ruota in una roccia, peggiorando il danno. Ora guidiamo con più attenzione e non guidiamo più a lungo che in passato. Siamo stati in grado di livellare il danno a un tasso più accettabile ".
All'inizio della missione, il computer di Curiosity è andato in "modalità provvisoria" diverse volte, poiché il software di Curiosity ha riconosciuto un problema e la risposta è stata quella di impedire ulteriori attività e telefonare a casa.
Il software specializzato di protezione dai guasti funziona attraverso i moduli e gli strumenti e, quando si verifica un problema, il rover si arresta e invia sulla Terra i dati chiamati "record degli eventi". I registri includono varie categorie di urgenza e all'inizio del 2015 il rover ha inviato un messaggio che in sostanza diceva: "Questo è molto, molto brutto". Il trapano sul braccio del rover aveva subito una fluttuazione di una corrente elettrica, come un corto circuito.
"Il software di Curiosity ha la capacità di rilevare i cortocircuiti, come l'interruttore di circuito di guasto a terra che hai nel tuo bagno", ha spiegato Morookian, "tranne che questo ti dice" questo è molto, molto male "invece di darti solo una luce gialla."
Poiché il team non può andare su Marte e riparare un problema, tutto viene risolto inviando aggiornamenti software al rover o modificando le procedure operative.
"Ora stiamo solo più attenti a come utilizziamo il trapano", ha detto Vasavada, "e all'inizio non esercitiamo la massima forza, ma lentamente aumentiamo. È un po 'come guidiamo ora, più cautamente, ma riesce comunque a fare il lavoro. Finora non è stato un grande impatto. "
Un tocco più leggero sul trapano era anche necessario per le pietre più morbide di fango e arenaria incontrate dal rover. Il Morookian ha affermato che le rocce stratificate potrebbero non reggere sotto l'assalto del protocollo di perforazione standard, quindi hanno adattato la tecnica per utilizzare le "impostazioni" più basse che consentono ancora al trapano di compiere progressi sufficienti nella roccia.
Ma le opportunità di usare il trapano stanno aumentando mentre la curiosità inizia la sua traversata sulla montagna. Il rover sta attraversando quella che Vasavada definisce una "zona ricca di target, molto interessante", mentre il team scientifico lavora per legare il contesto geologico di tutto ciò che stanno vedendo nelle immagini.
Trovare l'equilibrio su Marte
Mentre la diversione a Yellowknife Bay ha permesso alla squadra di fare alcune importanti scoperte, hanno sentito la pressione di arrivare sul monte. Sharp, quindi "ha guidato come l'inferno per un anno", ha detto Vasavada.
Ora sulla montagna, c'è ancora la pressione per sfruttare al meglio la missione, con l'obiettivo di farcela attraverso almeno quattro diverse unità di roccia - o strati - sul monte. Acuto. Ogni strato potrebbe essere come un capitolo del libro della storia di Marte.
“Esplorare il Monte. Sharp è affascinante ", ha detto Vasavada," e stiamo cercando di mantenere un mix tra scoperte davvero fantastiche, che - odi dire - ci rallenta e si innalza sulla montagna. Guardare da vicino una roccia di fronte a te significa che non sarai mai in grado di andare oltre e guardare l'altra roccia interessante laggiù. "
Vasavada e il marocchino hanno entrambi affermato che è una sfida mantenere l'equilibrio ogni giorno: trovare quello che viene chiamato il "ginocchio nella curva" o "punto debole" della perfetta ottimizzazione tra guida e arresto per la scienza.
Poi c'è l'equilibrio tra smettere di fare un'osservazione completa con tutti gli strumenti e fare "scienza flyby" dove vengono fatte osservazioni meno intense.
"Prendiamo le osservazioni che possiamo e generiamo tutte le ipotesi che possiamo in tempo reale", ha detto Vasavada. "Anche se ci rimangono 100 domande aperte, sappiamo di poter rispondere alle domande in seguito, purché sappiamo di aver raccolto abbastanza dati".
L'obiettivo principale della curiosità non è la vetta, ma una regione a circa 400 metri di altezza in cui i geologi si aspettano di trovare il confine tra le rocce che hanno visto molta acqua nella loro storia e quelle che non lo hanno fatto. Quel confine fornirà informazioni sulla transizione di Marte da un pianeta bagnato a secco, colmando un vuoto chiave nella comprensione della storia del pianeta.
Nessuno sa davvero quanto durerà la curiosità, o se sorprenderà tutti come i suoi predecessori Spirit and Opportunity. Dopo aver superato la "missione principale" di un anno su Marte (due anni terrestri), e ora nella missione estesa, l'unica grande variabile è la fonte di energia RTG. Mentre il potere disponibile inizierà a diminuire costantemente, sia Vasavada che il Morookian non si aspettano che questo sia un problema per almeno altri quattro anni terrestri, e con il giusto "nutrimento", il potere potrebbe durare per una dozzina di anni o più.
Ma sanno anche che non c'è modo di prevedere quanto durerà la curiosità o quale evento inaspettato potrebbe porre fine alla missione.
La bestia
Curiosity ha una personalità come i precedenti rover su Marte?
"In realtà no, non sembriamo antropomorfizzare questo rover come hanno fatto le persone con Spirito e Opportunità", ha detto Vasavada. "Non ci siamo uniti emotivamente. I sociologi hanno effettivamente studiato questo. " Scosse la testa con un sorriso divertito.
Vasavada ha indicato che potrebbe avere qualcosa a che fare con le dimensioni di Curiosity.
"Lo considero una bestia gigante", disse con la faccia seria. "Ma non in modo affatto cattivo."
Ciò che è venuto a caratterizzare questa missione, ha detto Vasavada, è la sua complessità, in ogni dimensione: la componente umana di far lavorare e cooperare 500 persone insieme ottimizzando i talenti di tutti; mantenere il rover sicuro e sano; e facendo funzionare dieci strumenti ogni giorno, che a volte svolgono compiti scientifici completamente indipendenti.
"Ogni giorno è il nostro piccolo" sette minuti di terrore ", dove tante cose devono andare bene ogni singolo giorno", ha detto Vasavada. "Esistono un milione di potenziali problemi e interazioni e devi costantemente pensare a tutti i modi in cui le cose possono andare storte, perché ci sono un milione di modi in cui puoi sbagliare. È una danza intricata, ma fortunatamente abbiamo una grande squadra. "
Poi aggiunse con un sorriso: "Questa missione è eccitante, anche se è una bestia".
"Storie incredibili dallo spazio: uno sguardo dietro le quinte delle missioni che cambiano la nostra visione del cosmo" è pubblicato da Page Street Publishing, una filiale di Macmillan.
