NASA та інші космічні агентства по всьому світу періодично відправляють роботів і автоматизовані транспортні засоби в космос для дослідження планет та інших небесних об’єктів у нашій Сонячній системі. Ці місії можуть значно покращити наше розуміння навколишнього середовища та ресурсів в інших частинах Сонячної системи.
Дослідники з Інституту аерокосмічних досліджень Університету Торонто та Лабораторії реактивного руху NASA (JPL) нещодавно провели дослідження, вивчаючи стратегії відновлення, які могли б підвищити ефективність і успіх досліджень Місяця за допомогою марсоходів на сонячних батареях. Їх стаття, попередньо опублікована на arXiv, представляє новий підхід, який може допомогти марсоходам на сонячних батареях безпечно залишати постійно затінені регіони на Місяці.
«В останні роки кілька країн висловили зацікавленість у дослідженні південного полюса Місяця, включаючи Сполучені Штати, Китай, Індію, росію та інші», — сказав Phys.org Олів’є Ламарр, дослідник, який керував дослідженням.
«Більшість із них планують використовувати марсоходи на сонячних батареях для дослідження територій, які постійно перебувають у тіні (так звані постійно затінені регіони або PSR), які, як ми підозрюємо, можуть містити велику кількість водяного льоду. Як можна собі уявити, входження в PSR з марсоходом на сонячних батареях — це ризикована спроба! Якщо марсохід затримується через несправності, він може не встигнути повернутися до сонячного світла, поки не вичерпається енергія».
Марсоходи на сонячних батареях можуть мати численні переваги з точки зору енергоефективності, але вони обмежені залежністю від сонячного світла для роботи. Оскільки деякі регіони на Місяці постійно перебувають у тіні, залежність марсоходів від сонячного світла може перешкодити їм безпечно досліджувати ці території, а потім покинути їх, через що вони вичерпають енергію під час своєї місії.
Ключовою метою недавньої роботи Ламарра та його колег було кількісне визначення ймовірності втрати марсоходів на сонячних батареях під час дослідження цих затінених ділянок на Місяці. Крім того, команда хотіла розробити підхід, який міг би допомогти максимізувати ймовірність того, що марсоходи на сонячних батареях безпечно виконають свої місії.
«По-перше, нам потрібно визначити, що означає «безпека» марсохода на сонячній енергії на південному полюсі Місяця», — пояснив Ламарр. «Для цього ми звертаємо увагу на те, де марсохід виходить із PSR, у який час і скільки енергії залишилося в його батареях. Це дає вказівку на те, чи може марсохід перейти в сплячий режим на місці перед наступним етапом своєї місії (і, таким чином, залишатися в «безпеці» до тих пір). Потім ми обчислюємо онлайн-метод планування проходу, за яким марсохід може слідувати з будь-якого початкового стану (включаючи всередині PSR), щоб максимізувати його ймовірність виживання».
Методологія планування, викладена Ламарром та його колегами, називається політикою відновлення, оскільки це, по суті, резервна стратегія, яка дозволяє марсоходу максимізувати ймовірність досягнення «безпеки» (тобто регіонів, куди сонячне світло досягне його, зарядивши його акумулятор). У своїй статті дослідники показали, що розрахунок цієї політики відновлення може бути складним у цьому контексті, оскільки він вимагає кількох наближень, які, якщо вони дуже неправильні, можуть вплинути на надійність загальних прогнозів.
«Наприклад, час — це безперервний вимір простору нашого стану, який потребує дискретизації», — сказав Ламарр.
«Нам потрібно переконатися, що це наближення/дискретизація не небезпечно спотворює прогнози щодо ймовірності невдачі. На південному полюсі Місяця сонячне освітлення дуже динамічне; найближчі гори та кратери можуть відкидати великі тіні на поверхню. Якщо марсохід дещо відстає від графіка порівняно з тим, що передбачає (приблизна) політика, він може пропустити критичний період сонячної зарядки. Те ж саме вірно, якщо він трохи випереджає графік порівняно з тим, що передбачає політика».
Оскільки ці часові наближення значною мірою впливають на надійність політики відновлення для марсоходів на сонячних батареях, Ламарр та його колеги дотримувалися їх дуже консервативних. Зрештою, це мінімізує ризик відмови, водночас збільшуючи ймовірність того, що політика залишатиметься безпечною під час реальних місій.
«Ми вважаємо, що цей підхід корисний у багатьох відношеннях», — сказав Ламарр. «По-перше, це крок до алгоритмів довгострокового автономного планування мобільності, які проактивно враховують (або «обґрунтовують») ризики з марсоходами на сонячних батареях. Крім того, наша техніка може стати корисним інструментом для людей-операторів, коли вони формулюють нові місії ровера на південному полюсі Місяця (його можна використовувати для вибору місця посадки, планування глобального проходу та прогнозування ризиків тощо) або навіть для підтримки поточної місії через землю в циклі».
У майбутньому політику відновлення, запроваджену цією командою дослідників, можна буде застосувати до реальних дослідницьких місій на Місяці, щоб зменшити ризик втрати марсоходів на сонячних батареях у затінених регіонах. Оскільки нещодавнє дослідження було проведено у співпраці з NASA JPL, незабаром цей підхід можна буде випробувати в різних реалістичних місячних сценаріях.
«Поки що ми перевіряли наш підхід, використовуючи орбітальні дані кратера Кабеус, але ми сподіваємося використовувати власні карти сонячного освітлення NASA і застосувати нашу техніку в багатьох інших областях на південному полюсі Місяця, які одного дня будуть відвідані роботом. або місії з екіпажем, такі як кратери Шеклтон, Фаустіні, Нобіле, Хаворт і Шумейкер», – додав Ламарр. «Крім того, зараз ми працюємо над новим поколінням алгоритмів далекої навігації з прогнозуванням ризиків для дослідження південного полюса Місяця за допомогою марсоходів на сонячних батареях». Джерело
