Освоение Луны и Марса требует принципиально новых транспортных систем. Современные марсоходы доказали свою надёжность, однако их возможности остаются ограниченными. Они движутся сравнительно медленно, с трудом преодолевают особенно сложный рельеф и требуют постоянного контроля со стороны операторов на Земле.
Именно поэтому инженеры NASA разрабатывают новое поколение автономных планетоходов. Один из самых перспективных проектов получил название ERNEST (Exploration Rover for Navigating Extreme Sloped Terrain). Недавно этот экспериментальный аппарат успешно прошёл серию масштабных испытаний в пустыне Южной Калифорнии, продемонстрировав технологии, которые в будущем могут использоваться во время длительных экспедиций на Луну и Марс.
Почему существующих марсоходов уже недостаточно
Марсоходы Spirit, Opportunity, Curiosity и Perseverance стали настоящими символами исследования Красной планеты. Они позволили изучить древние озёра, обнаружить следы существования воды и собрать огромное количество научной информации.
Однако конструкция этих аппаратов создавалась прежде всего для надёжности.
Их максимальная скорость составляет лишь несколько десятков метров в час. Каждый маршрут тщательно планируется специалистами, поскольку даже небольшой валун или крутой склон могут представлять серьёзную опасность.
Кроме того, задержка радиосигнала между Землёй и Марсом может достигать более двадцати минут в одну сторону. Это означает, что управлять аппаратом в реальном времени невозможно.
Для будущих экспедиций, особенно на Луне, где потребуется преодолевать большие расстояния, такой подход уже недостаточен.
Что представляет собой ERNEST
Новый экспериментальный аппарат был создан в Лаборатории реактивного движения NASA (JPL).
ERNEST имеет длину около 1,2 метра и отличается необычной конструкцией.
Вместо традиционной схемы подвески инженеры разработали активную систему, которая позволяет каждому колесу менять своё положение независимо от остальных.
Благодаря этому аппарат способен буквально «перешагивать» через препятствия, взбираться на крутые участки поверхности и двигаться способами, недоступными современным планетоходам.
Во время испытаний робот самостоятельно преодолел около 26 километров по сложной пустынной местности, причём инженеры практически не вмешивались в процесс движения. Общая продолжительность автономной поездки составила 37 часов.
Активная подвеска вместо классической конструкции
Все американские марсоходы начиная с аппарата Sojourner используют знаменитую систему rocker-bogie.
Она отлично зарекомендовала себя за три десятилетия эксплуатации.
Но у неё имеются ограничения.
ERNEST получил принципиально иную конструкцию.
Передняя часть аппарата оснащена двумя активными шарнирами, позволяющими перераспределять нагрузку между колёсами.
Робот может изменять положение корпуса, поднимать отдельные колёса, преодолевать крупные препятствия и даже двигаться боком.
При необходимости система автоматически переключается между активным и пассивным режимами работы, что позволяет экономить энергию.
Аппарат учится принимать решения самостоятельно
Одной из главных особенностей ERNEST стала высокая степень автономности.
Вместо постоянных команд с Земли робот самостоятельно анализирует окружающий рельеф и выбирает способ движения.
Для этого инженеры использовали методы машинного обучения.
Сначала был создан детальный виртуальный двойник аппарата.
Затем в вычислительном центре NASA были проведены тысячи часов компьютерного моделирования.
В симуляциях робот снова и снова сталкивался с различными препятствиями, постепенно обучаясь выбирать наиболее эффективный способ их преодоления.
После завершения обучения алгоритмы перенесли на настоящий аппарат.
Испытания показали, что ERNEST способен самостоятельно проходить участки, на которых традиционные планетоходы были бы вынуждены остановиться.
Проверка проходила в условиях, похожих на Луну
Испытания проводились не случайно именно в пустыне.
Пустынные районы Южной Калифорнии обладают рельефом, который во многом напоминает поверхность Луны.
Инженеры тестировали аппарат днём, ночью, на рассвете и в сумерках.
Особое внимание уделялось длинным теням.
Именно такие условия характерны для полярных областей Луны, где Солнце никогда не поднимается высоко над горизонтом.
В подобных условиях компьютерному зрению значительно сложнее различать препятствия, поэтому успешное прохождение маршрута стало важным подтверждением эффективности новых алгоритмов.
Скорость значительно выросла
Одной из целей проекта стало существенное увеличение дальности исследований.
Во время испытаний ERNEST развивал скорость около одного километра в час.
По меркам земного транспорта это кажется очень медленным.
Однако для планетоходов такой показатель является серьёзным достижением.
Он примерно на порядок превышает скорость, с которой способны безопасно перемещаться Curiosity и Perseverance.
Повышение скорости позволит будущим экспедициям исследовать гораздо большие территории без увеличения продолжительности миссии.
Какие задачи смогут выполнять будущие машины
Разработчики рассматривают ERNEST как испытательную платформу.
Полученные технологии могут лечь в основу значительно более крупных аппаратов.
Такие машины смогут преодолевать десятки и даже сотни километров, исследуя труднодоступные районы Луны и Марса.
Особенно перспективными считаются крутые стенки кратеров, глубокие каньоны, лавовые трубки и другие места, куда существующие планетоходы практически не способны добраться.
Именно там могут находиться наиболее интересные геологические объекты, залежи водяного льда или следы древних процессов, происходивших на поверхности планет.
Почему автономность становится всё важнее
Будущие космические миссии будут значительно масштабнее нынешних.
Роботам предстоит работать на огромных расстояниях от Земли, где оперативное управление практически невозможно.
Поэтому они должны самостоятельно оценивать окружающую обстановку, распознавать опасности, выбирать безопасный маршрут и принимать решения без участия операторов.
Такие технологии окажутся полезными не только для роботизированных экспедиций.
В перспективе аналогичные системы смогут сопровождать астронавтов, перевозить оборудование, обследовать опасные районы и готовить площадки для строительства будущих лунных и марсианских баз.
Новый шаг к освоению других миров
ERNEST пока остаётся экспериментальным аппаратом, однако его испытания показывают, каким может стать следующее поколение планетоходов. Активная подвеска, способность самостоятельно выбирать маршрут, высокая проходимость и увеличенная скорость делают подобные машины перспективными для исследования самых труднодоступных районов Луны и Марса.
По мере подготовки новых пилотируемых экспедиций потребность в таких роботах будет только возрастать. Именно они смогут первыми обследовать опасные участки местности, доставить научное оборудование и обеспечить астронавтов необходимой информацией, открывая путь к более глубокому освоению других миров Солнечной системы.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
Такое количество денег, что выделают НАСА это результат еще скромный. Среди частников в бы сделали. А об аппарате будем судить лишь после испытаний на практике в космосе.