Марсоход Perseverance устанавливает рекорд автономного вождения

Эта статья является частью нашего эксклюзивного Серия просмотра журнала IEEE Journal в партнерстве с IEEE исследование.

В прошлых миссиях Марскак и с Любопытство и Возможность марсоходыроботы в основном полагались на инструкции человека, полученные за миллионы миль, чтобы безопасно перемещаться. марсианин пейзаж. Упорство Ровер, с другой стороны, промчался по чужой, усеянной валунами земле почти полностью автономно, побив предыдущие рекорды автономного вождения на Марсе.

Принимая во внимание, что Любопытство Ровер совершил около 6,2 процента своих путешествий автономно, Упорство по состоянию на 1312-й марсианский день с момента приземления (28 октября 2024 г.) совершил около 90 процентов своих путешествий в автономном режиме. Упорство смог совершить такой подвиг—используя удивительно небольшую вычислительную мощность—благодаря специально разработанному алгоритму автономного вождения, Enhanced Autonomous Navigation или ENav.

Полная информация о внутренней работе ENav и о том, насколько хорошо он показал себя на Марсе, описана в изучать опубликовано в Транзакции IEEE в полевой робототехнике в ноябре 2025 года.

Есть некоторые преимущества, но есть и серьезные проблемы, когда дело доходит до автономной навигации на Марсе. Положительная сторона: на планете почти ничего не движется. Камни и гравийные склоны, хотя и представляют собой огромные препятствия, остаются неподвижными, обеспечивая марсоходам последовательность и предсказуемость в своих расчетах и поиске пути. С другой стороны, Марс по большей части представляет собой неизведанную местность.

«Эта огромная неопределенность является главной проблемой», — говорит Масахиро «Хиро» Оноруководитель группы роботизированной наземной мобильности в Лаборатории реактивного движения НАСА, который участвовал в разработке ENav.

Создание высокоавтономного вездехода

Хотя существуют некоторые изображения с космического аппарата Mars Reconnaissance Orbiter, они обычно не имеют достаточно высокого разрешения для наземной навигации марсохода. В декабре НАСА инженеры выполнили первый испытание навигационной техники который использует модель, основанную на искусственном интеллекте Anthropic, для анализа изображений MRO и создания путевых точек — координат, используемых для определения пути марсохода — для более полного автоматизация.

СВЯЗАННЫЙ: НАСА позволит ИИ управлять марсоходом Perseverance

Но в большинстве современных навигационных систем Упорство должен полагаться на изображения, которые делает сам марсоход, анализировать их, оценивать тысячи различных путей и выбирать правильный маршрут, который не закончится его собственной гибелью. Кикер? Он должен делать это с эквивалентной вычислительной мощностью имак G3компьютер Apple, проданный в конце 1990-х годов.

Процессор марсохода должен пройти радиационная закалкапроцесс, который делает их устойчивыми к экстремальным уровням солнечной радиации. радиация и космические лучи испытал на Марсе. Хотя другие радиационно-стойкий В то время были доступны процессоры с большей вычислительной мощностью. УпорствоРазработанный компанией, тот, который используется, доказал свою надежность в суровых условиях космического пространства. Путем повторного использования оборудования из предыдущих миссий — в Любопытство— НАСА может сократить расходы, минимизируя при этом риск.

Учитывая ограниченность вычислительных ресурсов, алгоритм ENav был стратегически разработан для выполнения самых тяжелых вычислений только при движении по сложной местности. Он работает, анализируя изображения своего окружения и оценивая около 1700 возможных путей движения вперед, обычно в пределах 6 метров от текущего положения марсохода. Оценивая такие факторы, как время в пути и неровности местности, он ранжирует возможные пути. Наконец, он запускает сложный в вычислительном отношении алгоритм проверки столкновений, называемый ACE (приблизительная оценка зазора), только на нескольких потенциальных путях с самым высоким рейтингом.

По состоянию на октябрь 2024 года «Настойчивость» проехала более 30 километров (18,65 миль) и собрала 24 образца горных пород и реголита. Источник: Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института/АГУ/МССС/НАСА.

Исследование Красной планеты с ENav

Упорство приземлился на Марсе 18 февраля 2021 года. В своем исследовании Оно и его коллеги описывают, как марсоход изначально был развернут под строгим навигационным контролем человека в течение первых 64 марсианских дней на Красной планете, но затем продолжил преимущественно использовать ENav для путешествия к одной из основных исследовательских целей: дельте, образованной древней рекой, которая когда-то впадала в кратер Джезеро миллиарды лет назад. Ученые полагают, что это могло бы стать отличным местом для поиска свидетельств прошлой инопланетной жизни, если бы жизнь когда-либо существовала на Марсе.

После краткого исследования местности к юго-западу от места приземления, Упорство пролетел против часовой стрелки вокруг песчаных дюн к древней дельте реки с резкой скоростью, в среднем 201 метр за марсианский день. (Ночью для марсохода слишком холодно.) Всего за 24 марсианских дня движения марсоход продвинулся примерно на 5 километров в предгорье дельты. 95 процентов всех поездок в этом месяце осуществлялись в режиме автономного вождения, что привело к беспрецедентному количеству случаев автономного вождения на Марсе.

Предыдущие марсоходы, такие как Любопытствопришлось остановиться и «подумать» о своем пути, прежде чем двигаться вперед. «Это был главный «лежачий полицейский» для Любопытствопочему автономное вождение было таким медленным», — объясняет Оно.

В отличие, Упорство способен думать и водить машину одновременно. “Иногда [Perseverance] должен остановиться и подумать, особенно когда он не может быстро найти безопасный путь. Но большую часть времени, особенно на пересеченной местности, он может продолжать движение без остановки», — говорит Оно. «Это сделало его автономное вождение на порядок быстрее».

Возможность установил предыдущий рекорд автономного вождения на Марсе, проехав 109 метров за один марсианский день. Но 3 апреля 2023 г. Упорство установил новый рекорд, проехав 331,74 метра в автономном режиме (и 347,69 метра в целом) за один марсианский день.

Оно говорит, что точная настройка алгоритма ENav потребовала много работы, но он доволен его производительностью. Он также подчеркивает, что усилия по продолжению развития автономной навигации имеют решающее значение, если люди хотят продолжить исследования еще глубже в космосе, где земная связь с марсоходами и другими космическими кораблями будет становиться все более затруднительной.

«Автоматизация космических систем — это непреодолимое направление, в котором нам нужно двигаться, если мы хотим глубже исследовать космос», — говорит Оно. «Это направление, в котором мы должны идти, чтобы раздвинуть границы и границы освоения космоса».

Эта статья была обновлена 27 февраля, чтобы прояснить доводы НАСА в пользу выбора процессора, используемого в Упорство вездеход.