Mieloji, jie susitraukė „Rover“.

Jei Nobelio teisėjai skirtų premiją už per didelius pasiekimus, geras kandidatas galėtų būti šešiaratis, duonos dėžės dydžio robotas, vardu Sojourner. Kalbant apie robotus, pernai Marsą tyrinėjęs marsaeigis buvo kuklus daiktas; jis važiavo tik maždaug dvi pėdas per minutę ir atliko tik dvi paprastas mokslines operacijas – fotografavo uolienas ir nuskaitė jų cheminius parašus. Mašina kainavo tik 25 mln. USD, o „Pathfinder“ misija, nugabenusi ją į Marsą, sudarė 266 mln. Tačiau Sojourneris buvo robotų zuikis Energizer, roveris, kuris tiesiog važinėjosi. Pareigūnai atsargiai prognozavo, kad jis Marse gali veikti mėnesį; atsiuntė duomenis apie tris.

Tai taip pat sužavėjo visuomenės vaizduotę, nes nuo tada, kai Neilas Armstrongas ir Buzzas Aldrinas Mėnulyje pasodino Jungtinių Valstijų vėliavą, nebuvo jokios kosmoso iniciatyvos. Pirmosiomis svaiginančiomis misijos savaitėmis NASA keliose „Pathfinder World Wide“ svetainėse per dieną užfiksuojama apie 45 mln. „Time“ ir „Newsweek“ suteikė „Pathfinder“ liepos 4 d. nusileidimą ir vėlesnį „Sojourner“ išlaipinimą tuo pačiu metu, taip pat įvairias sklaidas, paprastai skirtas karų pradžiai arba princesių žūčiai. „Mattel“ iš karto išpardavė pirmąjį „Sojourner Mighty Wheels“ žaislą. Vidurvasario priėmimo metu viceprezidentas Alas Gore'as juokavo, kad jį pakeitė Sojourneris kaip mėgstamiausias robotas pasaulyje. Ar kada nors žmonija taip glaudžiai susitapatino su
mašina?

Taip roveris ir jo ištikimas nusileidimo aparatas išgelbėjo NASA nuo dviejų dešimtmečių brangių nelaimių, mirtinų nelaimių ir žlugusių lūkesčių stigmos. Esminė pertvarkytos NASA strategija – panaikinti brangias, pavojingas pilotuojamas ekspedicijas ir leisti robotams bei kitiems nuotolinio tyrinėjimo įrankiams atlikti darbą – baigėsi.

Tai buvo tik pradžia. NASA šiuo metu ruošia paskesnes planetų tyrinėtojų kartas, dėl kurių Sojourneris atrodys neabejotinai niūriai: marsaeigiai nukeliauja daugybę mylių per Marso platybes, rinkdami tolimus mėginius, kad juos būtų galima nugabenti į Žemę; skverbtuvai, skirti tirti gyvuosius pasaulius, kurie gali slypėti po nežemiškomis uolienomis ir ledo plutomis; ir aerobotai, norintys iš oro apžiūrėti kitas planetas ir jų palydovus – nuo ​​Veneros iki Jupiterio palydovo Titano ir galbūt net Uraną bei Neptūną.

Kad ir kokie egzotiški ir beprotiškai įvairūs šie prietaisai atrodytų, jie visi atsirado dėl to paties kritinio NASA požiūrio į nepilotuojamą planetų tyrinėjimą beveik prieš devynerius metus – greičiau, pigiau ir geriau. Šį pokytį inicijavo ne oficiali NASA politika, o jai nepaisant nedidelė grupelė robotus kuriančių eretikų, kurie matė geresnį kelią į Marsą, nei matė jų viršininkai, ir kurie slapta dirbo, kad ši idėja būtų įmanoma. To robotų kūrimo maišto ištakų įvertinimas padeda suprasti, kodėl planetų tyrinėjimai dabar vyksta tokia tvarka, kokia yra.

Pradžioje

Filosofija, pagrįsta greičiau, pigiau, geriau yra mažiau yra daugiau. Skrydžių į kosmosą metu masė prilygsta pinigams – jos daug, o sudėtingumas reiškia riziką. Kad, tarkime, marsaeigiai būtų įperkami ir patikimi, sukurkite juos kuo lengvesnius ir paprastesnius – Sojournerio atveju – 25 svarus, su silpnu, bet tvirtu 8 bitų 8-ojo dešimtmečio lygio smegenims apdorojimo įrenginiu. Kad ir kaip akivaizdu dabar atrodo ši strategija, devintojo dešimtmečio pabaigoje NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorija (JPL) daugiausia dėmesio skyrė tam, kad būtų sukurta kažkas visiškai kitokio: išties didžiulio dydžio, diapazono, skaičiavimo ir veikimo galimybių bei sąnaudų. Ši Mars Rover Sampler Return (MRSR) transporto priemonė būtų iki 8 pėdų ilgio ir sveria pusę tonos. Jis būtų pastatytas taip, kad galėtų pusantrų metų plaukioti Marso baisiame šaltyje 700 mylių įvairiuose, nelygiuose reljefuose, renkant pavyzdžius ir nutiesiant kelią žmonių misijoms. Tai kainuotų iki 10 mlrd.

Tada ištiko fiskalinė realybė, prisimena NASA telerobotikos tyrimų programos vadovas Davidas Lavery. Supratome, kad to tiesiog nebus.

Laimei, NASA žalvario nežinant, užpakalinėse JPL laboratorijose laukė alternatyva – apleistas robotų automatizavimo ir supaprastinimo eksperimentas. Net kai JPL kaip institucija vaikėsi MRSR svajonę į aklavietę, nedidelė grupelė pažangių marsaeigių ir kita dirbtinio intelekto atskalūnų grupė, abu JPL, tyliai ieškojo savo sprendimų.

Pastangos prasidėjo 1988 m., kai Howardas Eisenas, dabar vyriausiasis JPL roverių mobilumo inžinierius, paliko MIT magistrantūros studijas ir pradėjo dirbti laboratorijoje. Jis atsinešė ypač taiklų disertacijos projektą: aštuntosios mastelio galingojo MRSR modelio kūrimą. Jis nustatė, kad modelis, valdomas elektriniu dirželiu, veikė daug geriau, nei tikėtasi. Iš tiesų, jo penkių colių ratai galėjo perlipti iki aštuonių colių aukščio objektus. Taigi, galbūt, didžiulis MRSR buvo nereikalingas, pagalvojo jis; ar daug mažesnė platforma galėtų įveikti uolėtą Marso paviršių?

Eisenas ir jo JPL kolegos nusprendė patys sukurti tokią platformą, veikiančią inžinieriaus (ir buvusio karštojo strypo) Dono Biklerio garaže. Po kelių bandymų Bickleris išrado šešių ratų važiuoklę, galinčią išlaikyti vienodą svorį ir sukibimą su visais ratais. Inžinieriai pavadino jį rokeriu / bogey pagal du pagrindinius mechaninius elementus ir su visa garbe pavadino vėlesnius rover prototipus Rocky. Visi juokavo, ar turėsime tiek tęsinių, kiek Rokio filmai, prisimena Eisenas. (Jie būtų.)

Įpusėjus pirmojo „Rocky“ statybai, roveris renegatai gavo JPL laboratorijos erdvę ir naujų bendradarbių: dirbtinio intelekto (DI) dizainerių komandą. Įkvėptas MIT AI pradininko Rodney'io Brookso, kurdama robotus, kurie veiktų naudojant paprastų reakcijų į dirgiklius hierarchiją, suminės architektūros metodo, Davidas Milleris, neseniai atvykęs į JPL AI skyrių, pasamdė Brookso studentą Coliną Angle'ą vasarai. MIT Angle sukūrė pažangų Čingiso robotą, kuris, nepaisant mažų smegenų galių, galėjo savarankiškai atlikti gana sudėtingą funkciją – surinkti visus biure esančius kavos puodelius. (Ši mašina dabar yra Nacionaliniame oro ir kosmoso muziejuje.) JPL, Angle'as sukonstravo panašų robotą, pavadintą Tooth, naudodamas automobilio modelio važiuoklę, už mažiau nei 500 USD dalimis ir 5000 USD darbo sąnaudas. Vienintelis mano suvaržymas, primena Angle'as, buvo tai, kad negalėjau išleisti daugiau nei 50 USD už kiekvieną dalį, todėl visa tai galėjo būti padaryta iš smulkių pinigų.

Milleris ir jo komandos draugai pamatė mechaninio Rocky, kurį sukūrė Bickler grupė, potencialą. Sujungę Tootho elektronines smegenis su Rocky 3 kūnu, jie sukūrė pirmąjį autonominį roverį, galintį veikti lauke, ant tikro purvo.

JPL vadovai buvo sužavėti, bet vis tiek susituokė su savo dideliu MRSR. Tada Kongreso nariai aikčiojo už jo kainą ir tas projektas mirė. Tuo tarpu NASA rado lėšų vienam mažam Pathfinder nusileidimo aparatui ir pasistengė ką nors juo nešti. Pasakiau: „Turime šį vieną roverį“, – prisimena Milleris. Pagaliau renegatai turėjo tikrą misiją, kurią turėjo dirbti.

Bet neilgam. Kaip dažnai nutinka, kai naujovės nukreipiamos į pagrindinę srovę, novatoriai liko nuošalyje. Milleris ir jo komandos draugai prarado Rocky projekto kontrolę ir visi, išskyrus vieną, paliko JPL į privatų sektorių. Rover biudžetai padidėjo, o taip pat ir laiko grafikai. Milerio grupei prireikė vos pusantrų metų, kad iš „Tooth“ peraugtų į ketvirtos kartos „Rocky“, tačiau JPL prireikė dar penkerių metų, kad pasiektų „Sojourner“, šeštąją „Rocky“ linijoje.

JPL atstovas Brianas Wilcoxas, po Millerio perėmęs mikrorover projekto vairą, teigia, kad tai buvo natūralus atsakas į iššūkius, susijusius su technologijų patikimumu, kad jie veiktų atšiaurioje Marso aplinkoje. Iš tiesų, kaip romanas atrodė televizijos žiūrovams, „Pathfinder“ buvo gana konservatyvi misija; JPL grįžo prie išbandytų ir tikrų komandų technologijų, o ne bandė veikti visiškai autonomiškai. Geriau saugu nei rizikinga, kai visas pasaulis stebi.

Rocky's Kids

Tačiau dabar, kai Sojourneris nutiesė kelią, kiti planetų tyrinėtojai gali suvokti potencialą, apie kurį jis tik užsiminė. „Rocky 7“ su roboto ranka ir fotoaparato stiebu bei „Sojourner“ tipo važiuokle važiuoja prie sauso Lavic ežero Mohave dykumoje. Ežero dugnas yra ypač tinkamas Marso analogas, dėka netoliese esančios Twentynine Palms jūrų bazės aviatorių; jų bombardavimo praktika paliko ją užpildytą krateriais, kurie prilygsta tūkstančiams asteroidų įpjovimų Marso paviršiuje.

Žygiai dideliais atstumais, kuriuos „Rocky 7“ praktikuoja autonomiškai veikiant ir su patobulintomis jutimo ir navigacijos sistemomis, bus labai svarbūs būsimiems marsaeigiams. „Sojourner“ nušliaužė vos kelis metrus po budinčia, padėtį tikrinančia elektronine savo pagrindinio laivo „Pathfinder“ akimi. Tačiau 2001 m. Marso misijai ir 2003 m. jo įpėdiniui Rokeris 8, greičiausiai, turės įveikti daugybę mylių, tikriausiai grubesnėje, senesnėje aukštumų vietovėje, kur labiau tikėtina, kad galima rasti senovės gyvybės pėdsakų. NASA nori, kad šie marsaeigiai talpykloje išsaugotų įdomius pavyzdžius, kuriuos 2005 m. planuojama paimti trečią mašiną – ryškesnį, labiau specializuotą paieškos roverį, naudojant elektroninius švyturius, paliktus talpyklose. Tam marsaeigiui gali tekti nugabenti mėginius dar daugiau mylių iki nusileidimo aparato, kad jis grįžtų į Žemę ir būtų atliktas nuodugnus tyrimas, kuris galiausiai gali išspręsti gyvybės Marse klausimą.

Aprėpti daugiau žemės yra tik vienas iš daugelio iššūkių, su kuriais susiduria roverių gamintojai. Kiti sukasi apie labiau ribotus biudžetus. Steve'as Saundersas, vyriausiasis JPL projekto mokslininkas, atsakingas už misiją „Mars 2001“, pažymi, kad būsimos transporto priemonės turės pasikliauti mažesniu žmonių dalyvavimu. Nors „Pathfinder“ misija, praėjus keliems mėnesiams po nusileidimo, užėmė iki 10 žmonių, susijusių su tokiais klausimais kaip valdymas ir trikčių šalinimas, „Mars 2001“ biudžetas leidžia operacijų komandai sudaryti apie 4 žmones. Kiti roveriai taip pat turi kainuoti mažiau, važiuoti mažesnėmis raketomis, nuveikti daugiau. mokslas (NASA vis dar tiksliai nustato, ką) ir veikia 3 kartus ilgiau nei Sojourner. Be piniginių veiksnių, jie turi išgyventi dar platesnį temperatūrų diapazoną nei Sojourner (ekspertų nuomone, Marso šaltis galiausiai nutildė Pathfinder misiją).

Didžioji dalis vilčių įveikti šiuos iššūkius priklauso nuo naujų grafito kompozitų, kuriuos kuria JPL mechaninių sistemų padalinys. Naudojant vienodus kompozitus visame roveryje, gali sumažėti destruktyvus diferencinis aušinimas ir susitraukimas, kuris dabar atsiranda, kai naudojami įvairūs metalai, todėl mašina tampa mažiau pažeidžiama temperatūros pokyčių. Kompozitai gali sumažinti galutinę naudingąją apkrovą ir sumažinti išlaidas. Jau dabar 2005 m. misijai skirtas lengvojo išgyvenamo roverio prototipas sveria tik 15 svarų du trečdalius daugiau nei Sojourner, o išsitiesęs daugiau nei pusantro karto ilgesnis ir platesnis bei stovintis beveik dvigubai aukštesnis, pėdos. nuo žemės.

Be to, šio prototipo ratai subyra iki trečdalio didesnio tūrio ir todėl gali būti supakuoti į mažesnę skrydžio kapsulę, sako Paulas Schenkeris, padalinio tyrimų ir plėtros vadovas. Mes išplečiame šią idėją visam marsaeigio rėmui, priduria jis ir pažadėjo, kad mėginių paieškos roverį tikrai būtų galima sulankstyti, taigi dar pigiau siųsti.

Didžiausią pažangą Schenker komanda padarė gaminant ginklus iš lengvų kompozitų. Viena ranka, visa sudėtinė iki variklio, sveria tik apie aštuonis svarus, bet gali pailgėti iki maždaug šešių pėdų, iškasti tranšėją, pakelti ir nunešti mėginius bei pakabinti mikrokamerą. Kitas, sveriantis du svarus, gali kelis kartus pakelti savo svorį, iš dalies dėl ultragarsinių variklių (taip vadinamų, nes jie ūžia negirdimais dažniais). Tokie varikliai maksimaliai padidina sukimo momentą, taigi ir trauką bei svertą, esant labai mažam greičiui, o tai yra būtent tai, ko norite naudoti nežemiškai, kai didelis greitis padidina nelaimingų atsitikimų riziką ir reikalauja daugiau informacijos apdorojimo. Be to, mažo greičio ultragarsiniams varikliams nereikia pavarų dėžių, kaip kad įprastiniai varikliai sumažintų jų sukimąsi iki naudingo greičio. Panaikinus pavarų dėžę, sumažėja daugiau svorio; vėlgi, mažiau yra daugiau.

Tuo metu, kai ultralengvieji marsaeigiai su pensionatų pasiekiamumu bus pasirengę skraidyti, dar dramatiškesnis esė apie roverio miniatiūrizavimą galėjo pasitvirtinti pirmą kartą nusileidus ant asteroido. Vėlgi, būtinybė naudingosios apkrovos apribojimų forma yra dizaino motina. 2003 m. rugsėjį Japonijos kosminė misija, žinoma kaip Muses-C, turėtų nusileisti ant pusės mylios pločio žemę kertančio asteroido Nereus. Planuojama nusileisti trijose vietose (pakilimui ir vėl nusileidimui reikia mažai energijos, kai asteroidas turi mažą gravitaciją), paimti mėginius ir išsiųsti juos į žemę iki 2006 m. sausio mėn. naudojant parašiutus, numestus iš kosminių skrydžių. Tačiau pirmiausia „Muses-C“ turėtų išleisti amerikietišką keleivį – marsaeigį.

Kai Japonijos kosmoso ir astronomijos mokslų institutas (ISAS) atvyko į NASA, prašydamas techninės pagalbos dėl Muses-C, jis pasiūlė NASA užpildyti nepanaudotą nusileidimo įrenginio krovinių erdvę. Amerikiečiai sumanė atsiųsti daugybę mokslinių instrumentų, bet nusprendė, kad jei jie būtų pritvirtinti prie nusileidimo aparato, jie tik dubliuotų japonų pastangas. Geriau nusiųskite marsaeigį, kad apžiūrėtumėte kitas Nereus dalis.

Tik vienas kliūtis: „Muses-C“ turi tik dviejų svarų vertės papildomos krovinių talpos, o pusės reikia kompiuteriui ir ryšių įrangai, kad NASA galėtų tiesiogiai kalbėtis su roveriu. Taigi kitas miniatiūrizavimo žingsnis: vieno svaro nanoroveris. (Tai yra meno terminas, nes nanotechnologija paprastai reiškia darbą molekuliniu lygmeniu. Bet kaip dar vadinate mašiną, kurios dydis yra dvidešimtoji mikroroverio dydžio?) Nanoroverio moksliniai instrumentai bus sudėtingesni nei santykinai milžiniško Sojournerio : infraraudonųjų spindulių spektrometras cheminiams parašams nuskaityti infraraudonaisiais spinduliais, vaizdo kamera su aštuonių padėčių filtro ratukais įvairiems šviesos spektrams nuskaityti, o gal ir rentgeno spektrometras. Tačiau mašina turės daug paprastesnę važiuoklę. Dabartinis prototipas turi tik du ratus, ant kurių jis slys ir net apsivers (o tada pats pasistatys). Asteroide, kur smūgiai yra žaibiškai lengvi, toks pasikeitimas nebus tokia nelaimė, kokia būtų viso dydžio planetoje. Esant žemai gravitacijai, kur sustoti sunku, tokie judesiai ir šiaip neišvengiami.

Asteroidas kelia dar baisesnių temperatūros iššūkių nei Marsas. Brianas Wilcoxas, JPL robotikos grupės vadovas, pažymi, kad „Sojourner“ veikė tik tada, kai buvo šilta, po to, kai jo gelio izoliacija kiekvieną dieną sulaikydavo pakankamai šilumos. Tačiau izoliuoti yra bergždžias dalykas, toks mažas kaip nanorover, kurio paviršiaus plotas yra proporcingai didelis. O asteroidų tyrinėtojai turi pasiruošti 250 laipsnių Celsijaus temperatūros svyravimams nuo dienos iki nakties. Elektriniai komponentai paprastai vertinami tik iki automobilio temperatūros diapazono – apie 120 laipsnių. Rasti komponentus, galinčius atlaikyti minus 125 laipsnius, yra pagrindinis iššūkis, sako JPL sistemų inžinierius Rickas Welchas, dirbęs su nanorover. Tinkamos dalys paprastai yra CMOS papildančios metalo oksido puslaidininkių elektronikos dalys, kurios palaiko laidumą ir veikia ypač žemoje temperatūroje. Asteroido rover bus naktinis vijoklis; per [kaitrią] dieną mes jį tiesiog išjungsime, pažymi jis.

Pastaruosius ketverius metus JPL taip pat kūrė tyrinėjimo iš oro idėją: aerobotus, autonominius robotus oro balionus, galinčius aprėpti daug platesnę teritoriją nei bet kuris antžeminis marsaeigis, o fotografuoti daug didesnės raiškos, nei galėtų palydovai. Idėja nėra nauja; 1985 metais sovietai ir prancūzai į Venerą nusiuntė apžvalgos balioną. Jis veikė trumpai, bet gerai – šoktelėjo į viršų, kai priartėjo prie karšto Venecijos paviršiaus, o jo maiše esančios dujos išsiplėtė, o vėliau – žemyn, kai atsitrenkė į šaltą stratosferą ir tos dujos kondensavosi.

Tačiau aerobotai, kuriuos JPL kuria (ir kurių bandymų aikštelė bus pradėta šių metų pradžioje), yra daug sudėtingesni. Užuot plūduriavęs pastoviame aukštyje, jie valdys savo aukštį vožtuvais, kurie gali išleisti arba apriboti dujas, kurios suteikia jiems plūdrumo. Taigi, aiškina JPL aerobotų sistemų inžinierius Aaronas Bachelderis, jie kurį laiką galės sklandyti (galbūt valandą ar daugiau virš Veneros dėl smarkaus karščio, apie 460 laipsnių Celsijaus jos paviršiuje). Tada jie pasitrauks į stratosferą, kad atvėstų. Gyvatės – ilgi, kabantys lankstūs priedai – apsaugos nuo smūgių, perkeldami svorį nuo aeroboto ant žemės, jei balionas pakils per žemai. Aerobotuose taip pat bus supaprastinti jutikliai ir moksliniai instrumentai, skirti iš arti tyrinėti paviršių. Be to, JPL specialiųjų projektų vadovas Jimas Cuttsas tvirtina, kad prancūzų bandymuose žemėje iš tikrųjų buvo įrodyta, kad jie negaudo uolų. Paėmęs puslapį iš nanoroverio žaidimų knygos, jis priduria, kad jo įgula kuria pakankamai lengvus – apie 22 svarus – aerobotus, kad galėtų susidoroti su kitomis misijomis.

NASA planavo Venerą kaip pirmąją aeroboto paskirties vietą, nes dėl per didelio karščio antžeminiams roveriams ši planeta yra optimalus pasirinkimas oro balionams. Be to, dėl nuspėjamų Veneros vėjų lengviau planuoti prietaisų maršrutus nei šurmuliuojantis Marsas. Tačiau dabar, kai „Pathfinder“ triumfas padarė Marsą madingą, Cutts taip pat tikisi 2003 m. į Marsą išsiųsti aerobotą, galbūt važiuodamas kartu su tų metų uolų medžiokle.

Aerobotų perspektyvos nesibaigia dviem artimiausiomis planetomis. JPL taip pat nubrėžė aerobotų misijas į Jovijos mėnulį Titaną ir išorines dujų planetas. Kadangi šių planetų atmosfera yra daug lengvesnė, lengvųjų dujų balionai neveiktų taip, kaip tikimasi kietose planetose. Taigi misijos į Jupiterį, Saturną, Uraną ir Neptūną būtų pagrįstos kitokia, garbinga technologija: karšto oro balionais, šildomais pačių planetų infraraudonųjų spindulių.

Jei aerobotai išsisklaidys, technologijos apeis visą ratą; oro balionai, ankstyviausia oro transporto forma, skris planetų tyrinėjimų avangarde. Tai tik dar vienas požymis apie NASA taikomų metodų įvairovę per aštuonerius metus nuo tada, kai nustojo dėti vilčių tirti vieną masyvų marsaeigį.

paslėpti