Voici l'extrait final de mon nouveau livre, "Histoires incroyables de l'espace: un regard dans les coulisses sur les missions changeant notre vision du cosmos." Le livre est un aperçu de plusieurs missions robotiques actuelles de la NASA, et cet extrait est la partie 3 de 3 publiée ici sur Space Magazine, du chapitre 2, «Roving Mars with Curiosity». Vous pouvez lire la partie 1 ici et la partie 2 ici. Le livre est disponible en version imprimée ou e-book (Kindle ou Nook) Amazon et Barnes & Noble.
Comment conduire un Mars Rover
Comment Curiosity sait-il où et comment traverser la surface de Mars? Vous pourriez imaginer que les ingénieurs de JPL utilisent des joysticks, similaires à ceux utilisés pour les jouets télécommandés ou les jeux vidéo. Mais contrairement à la conduite RC ou aux jeux, les conducteurs du rover Mars ne disposent pas d'entrées visuelles immédiates ou d'un écran vidéo pour voir où va le rover. Et tout comme à l'atterrissage, il y a toujours un délai entre l'envoi d'une commande au rover et sa réception sur Mars.
"Il ne s'agit pas de conduire dans un sens interactif en temps réel en raison du décalage horaire", a expliqué John Michael Morookian, qui dirige l'équipe des conducteurs de rover.
Le titre de poste actuel de Morookian et de son équipe est «Rover Planners», qui décrit précisément ce qu’ils font. Au lieu de «conduire» les rovers en soi; ils planifient l'itinéraire à l'avance, programment un logiciel spécialisé et téléchargent les instructions sur Curiosity.
"Nous utilisons des images prises par le rover de ses environs", a déclaré Morookian. «Nous avons un ensemble d'images stéréo de quatre caméras de navigation en noir et blanc, ainsi que des images des Hazcams (caméras d'évitement des dangers), soutenues par des images couleur haute résolution de la MastCam qui nous donnent des détails sur la nature du terrain à venir et des indices sur les types de roches et de minéraux sur le site. Cela permet d'identifier les structures qui semblent intéressantes pour les scientifiques. »
En utilisant toutes les données disponibles, ils peuvent créer une visualisation tridimensionnelle du terrain avec un logiciel spécialisé appelé Rover Sequencing and Visualization Program (RSVP).
"Il s'agit essentiellement d'un simulateur de Mars et nous avons mis une Curiosité simulée dans un panorama de la scène pour visualiser comment le rover pourrait traverser son chemin", a expliqué Morookian. «Nous pouvons également mettre des lunettes stéréo, qui permettent à nos yeux de voir la scène en trois dimensions comme si nous étions là avec le rover.
En réalité virtuelle, les conducteurs de rover peuvent manipuler la scène et le rover pour tester toutes les possibilités sur les itinéraires les meilleurs et les zones à éviter. Là, ils peuvent faire toutes les erreurs (se coincer dans une dune, faire basculer le rover, percuter un gros rocher, chasser d'un précipice) et perfectionner la séquence de conduite pendant que le vrai rover reste en sécurité sur Mars.
«Les scientifiques examinent également les images pour les fonctionnalités intéressantes et consultent les planificateurs Rover pour aider à définir un chemin. Ensuite, nous composons les commandes détaillées qui sont nécessaires pour obtenir la curiosité du point A au point B le long de ce chemin », a déclaré Morookian. "" Nous pouvons également incorporer les commandes nécessaires pour donner la direction du mobile pour entrer en contact avec le site en utilisant son bras robotique. "
Ainsi, chaque nuit, le rover est condamné à s'arrêter pendant huit heures pour recharger ses batteries avec le générateur nucléaire. Mais d'abord Curiosity envoie des données à la Terre, y compris des photos du terrain et toute information scientifique. Sur Terre, les planificateurs de Rover prennent ces données, font leur travail de planification, terminent la programmation du logiciel et transmettent les informations à Mars. Puis Curiosity se réveille, télécharge les instructions et se met au travail. Et le cycle se répète.
Curiosity dispose également d'une fonction AutoNav qui permet au rover de traverser des zones que l'équipe n'a pas encore vues en images. Ainsi, il pourrait traverser la colline et descendre de l'autre côté en territoire inconnu, l'AutoNav détectant les dangers potentiels.
"Nous ne l'utilisons pas trop souvent car il est coûteux en calcul, ce qui signifie qu'il faut beaucoup plus de temps pour que le rover fonctionne dans ce mode", a déclaré Morookian. "Nous trouvons souvent que c'est un meilleur métier de venir le lendemain, de regarder les images et de conduire aussi loin que nous pouvons voir."
Comme Morookian m'a montré les différentes pièces utilisées par les équipes de planification de rover au JPL, il a expliqué comment elles doivent fonctionner sur un certain nombre d'échelles de temps.
«Nous avons non seulement la planification d'itinéraire quotidienne», a-t-il dit, «mais nous effectuons également une planification stratégique à long terme en utilisant l'imagerie orbitale de la caméra HiRISE sur le Mars Reconnaissance Orbiter et choisissons des chemins en fonction des caractéristiques vues depuis l'orbite. Notre équipe travaille stratégiquement, cherchant plusieurs mois à définir les meilleurs chemins. »
Un autre processus appelé Supra-Tactical ne concerne que la semaine prochaine. Cela implique que les planificateurs scientifiques gèrent et affinent les types d'activités que le rover fera à court terme. De plus, comme personne dans l'équipe ne vit plus sur Mars Time, le vendredi, les planificateurs de Rover élaborent les plans pendant plusieurs jours.
"Comme nous ne travaillons pas le week-end, les plans du vendredi contiennent plusieurs sols d'activités", a déclaré Morookian. «Deux équipes parallèles décident quels jours le rover conduira et quels jours il effectuera d'autres activités, telles que le travail avec le bras robotisé ou d'autres instruments.»
Les données qui proviennent du mobile au cours du week-end sont toutefois surveillées et, en cas de problème, une équipe est appelée pour effectuer une évaluation plus détaillée. Morookian a indiqué avoir dû engager l'équipe d'urgence le week-end à plusieurs reprises, mais jusqu'à présent, il n'y a eu aucun problème grave. "Cela nous garde cependant sur nos gardes", a-t-il déclaré.
Le rover comporte un certain nombre de contrôles de sécurité réactifs sur la quantité d'inclinaison globale du pont rover et l'articulation du système de suspension des roues, donc si le rover passe sur un objet trop grand, il s'arrêtera automatiquement.
La curiosité n'a pas été conçue pour la vitesse. Il a été conçu pour parcourir jusqu'à 660 pieds (200 mètres) en une journée, mais il voyage rarement aussi loin dans un sol. Début 2016, le rover avait parcouru un total d'environ 7,5 miles (12 km) à travers la surface de Mars.
Il existe plusieurs façons de déterminer jusqu'où Curiosity a voyagé, mais la mesure la plus précise est appelée `` odométrie visuelle ''. Curiosity a des trous spécialisés dans ses roues en forme de lettres en code Morse, épelant `` JPL '' - un clin d'œil à la maison des équipes scientifiques et d'ingénierie du rover - à travers le sol martien.
"L'odométrie visuelle fonctionne en comparant la paire d'images stéréo la plus récente collectée à peu près tous les mètres sur le lecteur", a déclaré Morookian. «Les caractéristiques individuelles de la scène sont appariées et suivies pour fournir une mesure de la façon dont la caméra (et donc le mobile) s'est traduite et pivotée dans un espace tridimensionnel entre les deux images et cela nous indique de manière très réelle jusqu'où la curiosité est allée . "
Une inspection minutieuse des chenilles du rover peut révéler le type de traction des roues et si elles ont glissé, par exemple en raison de fortes pentes ou d'un sol sablonneux.
Malheureusement, Curiosity a maintenant de nouveaux trous dans ses roues qui ne sont pas censés être là.
Problèmes de Rover
Morookian et le scientifique du projet Ashwin Vasavada ont tous deux exprimé leur soulagement et leur satisfaction que, globalement - jusque dans la mission - la curiosité soit un mobile assez sain. L'ensemble de la charge utile scientifique fonctionne actuellement à pleine capacité. Mais l'équipe d'ingénierie garde un œil sur quelques problèmes.
"Autour du sol 400, nous avons réalisé que les roues portaient plus vite que prévu", a déclaré Vasavada.
Et l'usure ne consistait pas seulement en de petits trous; l'équipe a commencé à voir des crevaisons et des larmes désagréables. Les ingénieurs ont réalisé que les trous étaient créés par les roches dures et dentelées que le rover conduisait pendant cette période.
"Nous ne nous attendions pas pleinement au genre de roches" pointues "qui faisaient des dégâts", a déclaré Vasavada. «Nous avons également fait des tests et vu comment une roue pouvait pousser une autre roue dans un rocher, aggravant les dégâts. Nous conduisons maintenant plus prudemment et ne conduisons pas aussi longtemps que par le passé. Nous avons pu atténuer les dégâts à un taux plus acceptable. "
Au début de la mission, l'ordinateur de Curiosity est passé en «mode sans échec» à plusieurs reprises, car le logiciel de Curiosity a reconnu un problème, et la réponse a été d'interdire toute activité supplémentaire et de téléphoner à la maison.
Un logiciel de protection contre les pannes spécialisé s'exécute dans tous les modules et instruments, et lorsqu'un problème survient, le mobile s'arrête et envoie des données appelées «enregistrements d'événements» à la Terre. Les enregistrements comprennent diverses catégories d'urgence, et au début de 2015, le rover a envoyé un message qui disait essentiellement: "C'est très, très mauvais." La perceuse sur le bras du rover avait connu une fluctuation d'un courant électrique - comme un court-circuit.
"Le logiciel de Curiosity a la capacité de détecter les courts-circuits, comme le disjoncteur différentiel que vous avez dans votre salle de bain", a expliqué Morookian, "sauf que celui-ci vous dit" c'est très, très mauvais "au lieu de simplement vous donner une lumière jaune."
Étant donné que l'équipe ne peut pas se rendre sur Mars et réparer un problème, tout est résolu soit en envoyant des mises à jour logicielles au mobile, soit en modifiant les procédures opérationnelles.
«Nous sommes juste plus prudents maintenant avec la façon dont nous utilisons la perceuse», a déclaré Vasavada, «et ne forons pas à pleine force au début, mais montons lentement. C'est un peu comme la façon dont nous conduisons maintenant, avec plus de précaution, mais cela fait toujours le travail. Cela n'a pas encore eu un impact énorme. "
Un toucher plus léger sur la perceuse était également nécessaire pour les mudstones et les grès plus mous rencontrés par le rover. Morookian a dit qu'il craignait que les roches en couches ne tiennent pas sous l'assaut du protocole de forage standard, et donc elles ont ajusté la technique pour utiliser les «réglages» les plus bas qui permettent encore au forage de progresser suffisamment dans la roche.
Mais les possibilités d'utilisation de la perceuse augmentent à mesure que Curiosity commence sa traversée vers le haut de la montagne. Le rover voyage à travers ce que Vasavada appelle une «zone riche en cibles et très intéressante», alors que l'équipe scientifique travaille à relier le contexte géologique de tout ce qu'ils voient dans les images.
Trouver l'équilibre sur Mars
Bien que la diversion à Yellowknife Bay ait permis à l'équipe de faire des découvertes majeures, ils ont ressenti de la pression pour se rendre au mont. Sharp, donc "a roulé comme un enfer pendant un an", a déclaré Vasavada.
Maintenant sur la montagne, il y a toujours la pression pour tirer le meilleur parti de la mission, dans le but de traverser au moins quatre unités de roches différentes - ou couches - sur le mont. Tranchant. Chaque couche pourrait être comme un chapitre du livre de l’histoire de Mars.
«Explorer le mont. Sharp est fascinant ", a déclaré Vasavada," et nous essayons de maintenir un mélange entre de très belles découvertes qui - vous détestez le dire - nous ralentissent et nous élèvent sur la montagne. En regardant de près un rocher devant vous, vous ne pourrez jamais aller voir cet autre rocher intéressant là-bas. »
Vasavada et Morookian ont tous deux déclaré qu'il était difficile de préserver cet équilibre tous les jours - de trouver ce que l'on appelle le «genou dans la courbe» ou le «point idéal» de l'optimisation parfaite entre la conduite et l'arrêt pour la science.
Ensuite, il y a un équilibre entre s'arrêter pour faire une observation complète avec tous les instruments et faire de la «science du survol» où des observations moins intenses sont faites.
"Nous prenons les observations que nous pouvons et générons toutes les hypothèses que nous pouvons en temps réel", a déclaré Vasavada. "Même s'il nous reste 100 questions ouvertes, nous savons que nous pouvons y répondre plus tard tant que nous savons que nous avons pris suffisamment de données."
La cible principale de Curiosity n'est pas le sommet, mais plutôt une région d'environ 1330 pieds (400 mètres) vers le haut où les géologues s'attendent à trouver la frontière entre les roches qui ont vu beaucoup d'eau dans leur histoire et celles qui ne l'ont pas fait. Cette frontière donnera un aperçu de la transition de Mars d’une planète humide à une planète sèche, comblant ainsi une lacune clé dans la compréhension de l’histoire de la planète.
Personne ne sait vraiment combien de temps Curiosity durera ou s'il surprendra tout le monde comme son prédécesseur Spirit and Opportunity. Après avoir dépassé la «mission principale» d'un an sur Mars (deux années terrestres), et maintenant dans la mission étendue, la seule grande variable est la source d'alimentation RTG. Alors que la puissance disponible commencera à diminuer régulièrement, Vasavada et Morookian ne s'attendent pas à ce que cela soit un problème pendant au moins quatre années terrestres supplémentaires, et avec le bon «soutien», la puissance pourrait durer une douzaine d'années ou plus.
Mais ils savent également qu'il n'y a aucun moyen de prédire combien de temps Curiosity durera ou quel événement inattendu pourrait mettre fin à la mission.
La bête
Curiosity a-t-il une personnalité comme les rovers Mars précédents?
"En fait non, nous ne semblons pas anthropomorphiser ce rover comme les gens l'ont fait avec Spirit and Opportunity", a déclaré Vasavada. «Nous ne nous sommes pas liés émotionnellement avec cela. Les sociologues ont en fait étudié cela. » Il secoua la tête avec un sourire amusé.
Vasavada a indiqué que cela pourrait avoir quelque chose à voir avec la taille de Curiosity.
«Je pense que c'est une bête géante», a-t-il dit en face. "Mais pas de façon méchante du tout."
Ce qui est venu pour caractériser cette mission, a expliqué Vasavada, c'est sa complexité, dans toutes ses dimensions: la composante humaine qui consiste à faire travailler et coopérer 500 personnes tout en optimisant les talents de chacun; garder le rover en sécurité et en bonne santé; et maintenir dix instruments en marche chaque jour, qui effectuent parfois des tâches scientifiques complètement indépendantes.
"Chaque jour est notre propre" sept minutes de terreur ", où tant de choses doivent se passer chaque jour", a déclaré Vasavada. «Il y a un million de problèmes et d'interactions potentiels, et vous devez constamment penser à toutes les façons dont les choses peuvent mal tourner, car il y a un million de façons de gâcher. C'est une danse complexe, mais heureusement, nous avons une excellente équipe. "
Puis il a ajouté avec un sourire: "Cette mission est excitante, même si c'est une bête."
«Incredible Stories From Space: A Be-the-Scenes Look at the Missions Changing Our View of the Cosmos» est publié par Page Street Publishing, une filiale de Macmillan.
