Почему марсоход Curiosity такой медленный?

Многие из нас поражаются тем, почему марсоход Curiosity так медленно передвигается по Марсу, а для забора проб грунта кажется требуется вообще вечность…

Планетоходы — аппараты сложные и дорогие. Стоят они многие миллионы долларов, а общая цена миссии по их отправке может достигать даже миллиардов. Поэтому обращаются с ними предельно осторожно, благо основная проблема для любого ровера — авария.

На пересечённой местности попасть на слабый грунт очень просто, а задержка между картинкой, поступающей наземному оператору, и командой, которую он отдаёт марсоходу, растягивается на минуты, ибо скорость света пока не обойти.

В итоге планетоходами, повторим, управляют ужасно медленно и чрезвычайно нежно, и тот же Curiosity часто преодолевает лишь 200–300 метров в месяц. А как иначе, если его путь пролегает через песчаные дюны, каждую из которых надо объезжать, чтобы не повторить судьбу марсохода Spirit, увязшего в одной из них навсегда? И дело не только в том, что сложности с задержкой прохождения сигналов здорово замедляют променад и тем самым снижают результативность миссий. Будущие аппараты, намеченные к посылке на Титан и Европу, окажутся во много раз дальше от Земли, нежели Curiosity. В каком темпе будут передвигаться они: метр в день? Поневоле начинаешь сомневаться в известной максиме Г. М. Гречко, согласно которой человеку в таких экспедициях не место… Тем более что космонавт дошёл бы от места посадки нынешнего марсохода до его конечной цели за пару часов, а не за планируемый год.

Новая система управления такими аппаратами, создаваемая в Лаборатории реактивного движения НАСА, нацелена на то, чтобы увеличить скорость их передвижения при помощи алгоритмов, предсказывающих взаимодействие планетохода с видимыми на камере препятствиями.

Программа, при помощи которой «вычисляются» возможные препятствия и планируются пути их обхода, формирует модель места, через которое движется ровер. Ориентируясь на неё, специалист, управляющий аппаратом, может оценивать то, что происходит с ним в виртуальности, в тот момент, когда реальная машина ещё не начала движение в потенциально опасном месте, и тем самым как бы руководить далёкой техникой, что называется, здесь и сейчас, почти так же, как если бы он делал это с околомарсианской орбиты.

«Вы реагируете быстрее, и планетоход остаётся активным бóльшую часть времен», — кратко суммирует возможности нового ПО Джефф Норрис, отвечающий за это направление в Лаборатории реактивного движения. Между Марсом и Землёй один цикл связи может длиться до 40 минут. Но это не всё: спутников у Марса мало, и посылка сигналов не может быть слишком частой, тем более что на поверхности планеты находится марсоход Opportunity, с которым тоже надо «переговариваться». В итоге сегодня длинный набор команд посылается телеуправляемому роботу раз в день, и когда аппарат все их выполняет, то просто останавливается, чтобы случайно не попасть на некую новую местность, которую земные операторы ещё толком не рассмотрели.

Тот же забор образцов в этой ситуации часто выглядит довольно комично. В первый день Curiosity получает команду продвинуться к интересующему ЦУП камню на столько-то метров. Затем проверяется, какое расстояние до объекта осталось. На следующий день аппарату дают приказ возложить свой манипулятор на камень, затем смотрят, хорош ли захват, и лишь потом «советуют» начать сверление или использовать другой инструмент. «Когда мы посылаем команды раз в день, то имеем дело не с 10–20-минутной задержкой. Налицо суточный простой», — повествует г-н Норрис. В программе, моделирующей перемещения аппарата, впереди самого марсохода идёт как бы его «призрак» — симулируемый ровер в своём близком будущем.

В этом случае, отправившись в долгое 100-метровое путешествие до интересующего учёных камня, марсоход может наткнуться на что-то более важное. Используя «призрака», это можно предвидеть и приступить к исследованию сразу, не дожидаясь выполнения предыдущей команды.

Для отработки таких решений настоящий марсоход — чересчур дорогое удовольствие, поэтому специалисты НАСА разработали видеоигру, в которой соревнуются в управлении роботом при помощи такой вот модели-аватара, с задержками во времени и на местности, напоминающей трассу для слалома. Пока у них получается довольно неплохо, хотя внутриигровые очки у каждого разработчика немного разнятся.

Полностью раскрыть потенциал системы при управлении нынешними марсоходами, вероятно, не дано: пока там слишком мало спутников связи, поскольку каналы коммуникаций просто не были рассчитаны на новые методы управления. Но вот при операциях на Луне или астероиде — а исследование подобных тел входит в текущие планы НАСА — такие алгоритмы могут радикально ускорить дело и позволить охватить куда бóльшую часть изучаемого небесного тела.