Berikut ini adalah petikan terakhir dari buku baru saya, "Cerita Luar Biasa Dari Angkasa: Pandangan di Sebalik Tabir Melihat Misi yang Mengubah Pandangan Kita tentang Kosmos." Buku ini adalah gambaran mendalam mengenai beberapa misi robotik NASA semasa, dan petikan ini adalah bahagian 3 dari 3 yang disiarkan di sini di Space Magazine, Bab 2, "Roving Mars with Curiosity." Anda boleh membaca Bahagian 1 di sini, dan Bahagian 2 di sini. Buku ini boleh didapati dalam bentuk cetak atau e-book (Kindle atau Nook) Amazon dan Barnes & Noble.
Cara Memandu Mars Rover
Bagaimanakah rasa ingin tahu mengetahui di mana dan bagaimana memandu melintasi permukaan Marikh? Anda mungkin membayangkan jurutera di JPL menggunakan kayu bedik, serupa dengan yang digunakan untuk mainan alat kawalan jauh atau permainan video. Tetapi tidak seperti pemanduan atau permainan RC, pemandu Mars rover tidak mempunyai input visual langsung atau skrin video untuk melihat ke mana arah rover. Dan sama seperti semasa pendaratan, selalu ada kelewatan waktu ketika perintah dikirim ke rover dan ketika perintah itu diterima di Mars.
"Tidak memandu secara interaktif masa nyata kerana jeda waktu," jelas John Michael Morookian, yang mengetuai pasukan pemandu rover.
Gelaran pekerjaan sebenar Morookian dan pasukannya adalah 'Rover Planner', yang menerangkan dengan tepat apa yang mereka lakukan. Daripada 'mengemudi' para peninjau per se; mereka merancang jalan terlebih dahulu, memprogram perisian khusus, dan memuat naik arahan ke Curiosity.
"Kami menggunakan gambar yang diambil oleh rover sekitarnya," kata Morookian. "Kami memiliki satu set gambar stereo dari empat Kamera Navigasi hitam-putih, bersama dengan gambar dari Hazcams (kamera penghindaran bahaya), yang disokong oleh gambar warna resolusi tinggi dari MastCam yang memberi kami perincian mengenai sifat medan depan dan petunjuk mengenai jenis batu dan mineral di laman web ini. Ini membantu mengenal pasti struktur yang kelihatan menarik bagi para saintis. "
Dengan menggunakan semua data yang tersedia, mereka dapat membuat visualisasi tiga dimensi medan dengan perisian khusus yang disebut Rover Sequencing and Visualization Program (RSVP).
"Ini pada dasarnya adalah simulator Mars dan kami meletakkan Curiosity yang disimulasikan dalam panorama tempat kejadian untuk memvisualisasikan bagaimana rover dapat melintasi jalannya," jelas Morookian. "Kita juga dapat memakai kacamata stereo, yang memungkinkan mata kita melihat pemandangan dalam tiga dimensi seolah-olah kita berada di sana dengan rover.
Dalam realiti maya, pemandu rover dapat memanipulasi pemandangan dan rover untuk menguji setiap kemungkinan laluan mana yang terbaik dan kawasan mana yang harus dielakkan. Di sana, mereka dapat melakukan semua kesalahan (terjebak di gundukan, menembus rover, menabrak batu besar, menghalau jurang) dan menyempurnakan urutan pemanduan sementara rover sebenarnya tetap selamat di Marikh.
"Para saintis juga mengkaji gambar untuk ciri-ciri yang menarik dan berunding dengan Rover Planner untuk membantu menentukan jalan. Kemudian kami menyusun arahan terperinci yang diperlukan untuk mendapatkan rasa ingin tahu dari Titik A ke Titik B di sepanjang jalan itu, ”kata Morookian. "" Kami juga dapat memasukkan perintah yang diperlukan untuk memberikan arahan pada rover untuk melakukan kontak dengan laman web menggunakan lengan robotnya. "
Jadi, setiap malam rover diperintahkan untuk mematikan selama lapan jam untuk mengisi semula baterinya dengan penjana nuklear. Tetapi rasa ingin tahu pertama menghantar data ke Bumi, termasuk gambar-gambar kawasan dan maklumat sains. Di Bumi, Rover Planner mengambil data tersebut, melakukan perancangan mereka, menyelesaikan program perisian dan menghantar maklumat kembali ke Mars. Kemudian Rasa ingin tahu bangun, memuat turun arahan dan set untuk berfungsi. Dan kitaran berulang.
Rasa ingin tahu juga mempunyai fitur AutoNav yang membolehkan penumpang melintasi kawasan yang belum pernah dilihat oleh pasukan dalam gambar. Jadi, ia boleh melintasi bukit dan ke seberang ke wilayah yang belum dipetakan, dengan AutoNav merasakan bahaya yang berpotensi.
"Kami tidak menggunakannya terlalu kerap kerana harganya mahal, yang bermaksud lebih lama untuk rover beroperasi dalam mod itu," kata Morookian. "Kita sering mendapati perdagangan yang lebih baik hanya datang pada keesokan harinya, melihat gambar dan memandu sejauh yang kita lihat."
Ketika Morookian menunjukkan kepada saya berbagai ruangan yang digunakan oleh pasukan perancang rover di JPL, dia menjelaskan bagaimana mereka perlu beroperasi dalam beberapa jangka masa yang berbeza.
"Kami tidak hanya memiliki perencanaan rute harian," katanya, "tetapi juga melakukan perancangan strategi jarak jauh menggunakan citra orbit dari kamera HiRISE di Mars Reconnaissance Orbiter dan memilih jalan berdasarkan fitur yang dilihat dari orbit. Pasukan kami bekerja secara strategik, mencari beberapa bulan untuk menentukan jalan terbaik. "
Proses lain yang disebut Supra-Tactical akan berlangsung minggu depan. Ini melibatkan perancang sains mengurus dan menyempurnakan jenis aktiviti yang akan dilakukan oleh rover dalam jangka pendek. Juga, kerana tidak ada orang dalam pasukan yang tinggal di Mars Time lagi, pada hari Jumaat, Rover Planner membuat rancangan selama beberapa hari.
"Oleh kerana kami tidak bekerja pada hujung minggu, rancangan hari Jumaat mengandungi banyak aktiviti," kata Morookian. "Dua pasukan selari memutuskan hari mana rover akan memandu dan hari mana ia akan melakukan aktiviti lain, seperti bekerja dengan lengan robot atau alat lain."
Data yang turun dari rover pada hujung minggu dipantau, namun, dan jika ada masalah, tim dipanggil untuk melakukan penilaian yang lebih terperinci. Morookian menunjukkan bahawa mereka harus melibatkan pasukan kecemasan hujung minggu beberapa kali, tetapi setakat ini tidak ada masalah serius. "Namun, ini membuat kita tetap berada di jari kaki," katanya.
Rover mempunyai sejumlah pemeriksaan keselamatan reaktif terhadap jumlah kemiringan keseluruhan geladak rover dan artikulasi sistem gantungan roda, jadi jika rover melintasi objek yang terlalu besar, ia akan berhenti secara automatik.
Rasa ingin tahu tidak dibina untuk kepantasan. Ia dirancang untuk menempuh jarak hingga 660 kaki (200 meter) dalam sehari, tetapi ia jarang menempuh jarak jauh di Sol. Pada awal tahun 2016, rover telah mencapai jarak kira-kira 7.5 batu (12 km) di permukaan Mars.
Terdapat beberapa cara untuk menentukan sejauh mana Curiosity menempuh perjalanan, tetapi pengukuran yang paling tepat disebut 'Visual Odometry.' Curiosity mempunyai lubang khusus pada roda dalam bentuk huruf kod Morse, mengeja 'JPL' - mengangguk ke rumah pasukan sains dan kejuruteraan rover - di seberang tanah Martian.
"Odometri visual berfungsi dengan membandingkan sepasang gambar stereo terbaru yang dikumpulkan kira-kira setiap meter di atas pemacu," kata Morookian. "Ciri-ciri individu di tempat kejadian dipadankan dan dilacak untuk memberikan ukuran bagaimana kamera (dan dengan itu rover) telah menerjemahkan dan berputar dalam ruang 3 dimensi di antara kedua-dua gambar dan ia memberitahu kita dalam pengertian yang sangat nyata sejauh mana rasa ingin tahu telah pergi . "
Pemeriksaan trek rover dengan teliti dapat mendedahkan jenis daya tarikan roda yang dimiliki dan jika tergelincir, misalnya kerana lereng tinggi atau tanah berpasir.
Malangnya, Curiosity kini mempunyai lubang baru di roda yang tidak sepatutnya ada.
Masalah Rover
Morookian dan Saintis Projek Ashwin Vasavada sama-sama menyatakan rasa lega dan puas kerana secara keseluruhan - sejauh ini dalam misi - Rasa ingin tahu adalah jalan yang cukup sihat. Muatan sains keseluruhan kini beroperasi dengan kemampuan yang hampir sepenuhnya. Tetapi pasukan kejuruteraan mengawasi beberapa isu.
"Sekitar sol 400, kami menyedari roda memakai lebih cepat daripada yang kami harapkan," kata Vasavada.
Pakaian itu tidak hanya terdiri daripada lubang kecil; pasukan mula melihat tusukan dan air mata jahat. Para jurutera menyedari bahawa lubang-lubang itu dibuat oleh batu-batu yang keras dan bergerigi yang dilalui oleh rover pada masa itu.
"Kami tidak sepenuhnya mengharapkan jenis batu" runcing "yang mengalami kerosakan," kata Vasavada. "Kami juga melakukan beberapa pengujian dan melihat bagaimana satu roda dapat mendorong roda lain ke batu, membuat kerusakan menjadi lebih buruk. Kami sekarang memandu dengan lebih berhati-hati dan tidak memandu sepanjang masa lalu. Kami dapat meredakan kerosakan pada kadar yang lebih dapat diterima. "
Pada awal misi, komputer Curiosity masuk ke ‘safe mode’ beberapa kali, kerana perisian Curiosity menyedari masalah, dan tindak balasnya adalah untuk tidak membenarkan aktiviti dan telefon rumah lebih jauh.
Perisian perlindungan kesalahan khusus dijalankan di seluruh modul dan instrumen, dan apabila masalah berlaku, rover berhenti dan menghantar data yang disebut 'catatan peristiwa' ke Bumi. Rekod tersebut merangkumi pelbagai kategori urgensi, dan pada awal tahun 2015, rover mengirim pesan yang pada dasarnya mengatakan, "Ini sangat, sangat buruk." Latihan di lengan rover mengalami turun naik arus elektrik - seperti litar pintas.
"Perisian Curiosity mempunyai keupayaan untuk mengesan seluar pendek, seperti gangguan litar kesalahan tanah yang anda miliki di bilik mandi anda," jelas Morookian, "kecuali yang ini memberitahu anda" ini sangat, sangat buruk "dan bukannya hanya memberi anda cahaya kuning."
Oleh kerana pasukan tidak dapat pergi ke Marikh dan memperbaiki masalah, semuanya diperbaiki dengan menghantar kemas kini perisian ke rover atau dengan mengubah prosedur operasi.
"Kami sekarang lebih berhati-hati dengan cara kami menggunakan latihan," kata Vasavada, "dan jangan berlatih dengan penuh kekuatan pada awalnya, tetapi perlahan-lahan naik. Ini seperti cara kita memandu sekarang, dengan lebih berhati-hati tetapi masih menyelesaikan tugasnya. Itu belum lagi memberi kesan besar. "
Sentuhan yang lebih ringan pada gerudi juga diperlukan untuk batu lumpur dan batu pasir yang lebih lembut yang dihadapi oleh rover. Morookian mengatakan bahawa ada kekhawatiran batu berlapis mungkin tidak bertahan di bawah serangan protokol penggerudian standard, dan oleh itu mereka menyesuaikan teknik untuk menggunakan 'tetapan' terendah yang masih memungkinkan latihan untuk membuat kemajuan yang cukup ke dalam batu.
Tetapi peluang untuk menggunakan latihan semakin meningkat ketika rasa ingin tahu mulai melintasi gunung. Rover sedang melalui apa yang disebut Vasavada sebagai "kawasan yang kaya dengan sasaran yang sangat menarik," kerana pasukan sains berusaha mengikat konteks geologi dari semua yang mereka lihat dalam gambar.
Mencari Imbangan di Marikh
Walaupun pengalihan di Yellowknife Bay membolehkan pasukan membuat beberapa penemuan besar, mereka merasakan tekanan untuk sampai ke Mt. Tajam, jadi "memandu seperti neraka selama setahun," kata Vasavada.
Sekarang di gunung, masih ada tekanan untuk memanfaatkan misi dengan sepenuhnya, dengan tujuan untuk mewujudkannya melalui sekurang-kurangnya empat unit batuan - atau lapisan - yang berlainan - di Gunung. Tajam. Setiap lapisan dapat menjadi seperti bab dalam buku sejarah Mars.
“Meneroka Gunung Sharp sangat menarik, "kata Vasavada," dan kami berusaha mengekalkan gabungan antara penemuan yang sangat hebat, yang - anda tidak suka katakan - memperlambat kami, dan semakin tinggi di gunung. Melihat batu di hadapan anda dengan teliti bermaksud anda tidak akan pernah dapat melihat dan melihat batu lain yang menarik di sana. "
Vasavada dan Morookian sama-sama mengatakan bahawa adalah satu cabaran untuk mengekalkan keseimbangan itu setiap hari - untuk mencari apa yang disebut 'lutut di lekuk' atau 'tempat manis' pengoptimuman yang sempurna antara memandu dan berhenti untuk sains.
Kemudian ada keseimbangan antara berhenti melakukan pemerhatian penuh dengan semua instrumen dan melakukan ‘flyby science’ di mana pemerhatian kurang dilakukan.
"Kami melakukan pemerhatian yang kami dapat, dan menghasilkan semua hipotesis yang kami dapat dalam masa nyata," kata Vasavada. "Walaupun kita masih tersisa dengan 100 pertanyaan terbuka, kita tahu kita dapat menjawab pertanyaan tersebut selagi kita tahu bahwa kita telah mengambil cukup data."
Sasaran utama Curiosity bukanlah puncak, melainkan wilayah sekitar 1.330 kaki (400 meter) di mana para ahli geologi menjangka akan menemui sempadan antara batu-batu yang melihat banyak air dalam sejarah mereka, dan yang tidak. Batasan itu akan memberi gambaran mengenai peralihan Mars dari planet basah ke kering, mengisi jurang utama dalam memahami sejarah planet ini.
Tidak ada yang benar-benar tahu berapa lama rasa ingin tahu akan bertahan, atau jika itu akan mengejutkan semua orang seperti Semangat dan Peluang pendahulunya. Setelah berjaya melewati 'misi utama' selama satu tahun di Marikh (dua tahun Bumi), dan sekarang dalam misi yang diperluas, satu pemboleh ubah besar adalah sumber kuasa RTG. Walaupun kuasa yang ada akan mulai berkurang secara berterusan, baik Vasavada dan Morookian tidak mengharapkannya untuk menjadi masalah sekurang-kurangnya empat tahun lagi di Bumi, dan dengan kekuatan "pengasuhan" yang betul dapat bertahan selama belasan tahun atau lebih.
Tetapi mereka juga tahu tidak ada cara untuk meramalkan berapa lama rasa ingin tahu, atau peristiwa yang tidak dijangka dapat menamatkan misi.
Binatang itu
Adakah rasa ingin tahu mempunyai keperibadian seperti pelumba Mars sebelumnya?
"Sebenarnya tidak, kami sepertinya tidak menganopoli rover ini seperti yang dilakukan orang dengan Roh dan Peluang," kata Vasavada. "Kami tidak terikat secara emosional dengannya. Ahli sosiologi sebenarnya telah mengkaji perkara ini. " Dia menggelengkan kepalanya dengan senyuman geli.
Vasavada menunjukkan ia mungkin ada kaitan dengan ukuran Curiosity.
"Saya menganggapnya sebagai binatang raksasa," katanya berwajah lurus. "Tapi sama sekali tidak berarti."
Apa yang akan datang untuk mencirikan misi ini, kata Vasavada, adalah kerumitannya, dalam setiap dimensi: komponen manusia untuk membuat 500 orang bekerja dan bekerjasama sambil mengoptimumkan bakat setiap orang; menjaga rover selamat dan sihat; dan mengekalkan sepuluh instrumen setiap hari, yang kadang-kadang melakukan tugas sains yang sama sekali tidak berkaitan.
"Setiap hari adalah 'tujuh minit keganasan' kita sendiri, di mana banyak perkara harus dilakukan setiap hari," kata Vasavada. "Terdapat sejuta masalah dan interaksi yang berpotensi, dan anda harus selalu memikirkan semua cara yang salah, kerana ada sejuta cara untuk mengacaukan. Ini adalah tarian yang rumit, tapi untungnya kami mempunyai pasukan yang hebat. "
Kemudian dia menambahkan sambil tersenyum, "Misi ini sangat menarik, walaupun itu binatang."
"Cerita yang Luar Biasa Dari Angkasa: Pandangan Di Sebalik Tabir Misi yang Mengubah Pandangan Kosmos Kita" diterbitkan oleh Page Street Publishing, anak syarikat Macmillan.
