Celem badań jest sprawdzenie czy rój autonomicznych łazików wyposażonych w sensory takie jak lidar, stereoskopowe kamery, georadar itp. umożliwi, we współpracy z odpowiednio skonstruowanym UAV, badanie Marsa. Czy zespół autonomicznych urządzeń pomiarowych pozwoli na tworzenie szczegółowego modelu rzeźby terenu i jego pochodnych? Czy rój łazików dokona naukowej eksploracji Marsa szybciej i dokładniej niż wykonujący obecnie swoją misję duet Perseverance i Ingenuity?
Wielki krok zaczyna się od obrotu małych kół
Tego wszystkiego chcą dowiedzieć się koordynatorzy projektu naukowego Politechniki Warszawskiej, Uniwersytetu Jagiellońskiego, NASA oraz Uniwersytetów w Bazylei i San Jose związanego z eksploracją Marsa. Przedstawiciele stołecznej Politechniki piszą na swojej stronie: „badania, które właśnie rozpoczęły się w Józefosławiu pozwolą udzielić odpowiedzi na te pytania. To mały krok – czy może raczej niewielki obrót kół – dla naszych łazików, ale mamy nadzieję, że będzie to wielki krok dla współpracy PW z wiodącymi ośrodkami naukowymi w Polsce i na świecie zajmującymi się badaniami Marsa.”
W roju można więcej
Jak wyjaśnił w rozmowie z PAP kierownik badań prof. Robert Olszewski z Politechniki Warszawskiej, przewagą roju łazików mógłby być nie tylko szerszy zasięg działania na Czerwonej Planecie, ale również wzajemne kompensowanie swoich funkcji przez mniejsze urządzenia w razie awarii.
Mieszczące się w rękach i ważące około 8 kg łaziki mogą być wyposażone w prostsze urządzenia, jak lidary, które dzięki wyrzuceniu wiązki laserowej, pozwalają wykonać model rzeźby terenu, kamery obrazujące otoczenie w świetle widzialnym i podczerwieni, georadary, które mogą wykrywać nietypowe przedmioty, a nawet ramiona pozwalające na drobny odwiert np. w poszukiwaniu związków wody czy pozyskaniu ze skał materiału do badań.
– Sprawdzamy, czy nasze łaziki dają informację zwrotną równie wiarygodną, co profesjonalny sprzęt geodezyjny. Okazuje się, że pomiary są wystarczająco dokładne, żeby wykonać model rzeźby terenu. To stwarza perspektywę wykorzystania roju na Marsie – wyjaśnił prof. Robert Olszewski. – Łaziki nie mogą czekać na sygnał z Ziemi, bo jego czas dotarcia jest zbyt długi. Muszą działać jak kolonia mrówek. Rozejrzawszy się (dysponują widzeniem maszynowym), wymieniwszy między sobą informacje na temat tego, co widzą, gdzie jest bezpiecznie, jakie jest zagrożenie, czy nachylenie jest odpowiednie, a grunt nie jest tak grząski, że można się zakopać – powinny podejmować decyzje samodzielnie. Chodzi o proste zaplanowanie, który z łazików jedzie w prawo, który w tył, gdzie i jakie wykonać pomiary i kiedy wspólnie przesłać ustrukturyzowaną, przetworzoną informację za pośrednictwem bazy – na Ziemię.
Jego zdaniem taki tryb pracy sprawia, że cały proces jest znacznie szybszy i tańszy. Mały łazik kosztuje co najmniej 3 rzędy wielkości mniej, niż urządzenia typu Perseverance. Dodatkowo ryzyko awarii jest rozłożone na kilkadziesiąt obiektów. Nawet jeśli kilka z nich nie wypełni swoich zadań, misja wciąż może zostać zrealizowana. Sterowanie robotami odbywa się pod kontrolą systemu operacyjnego ROS (Robot Operating System). Jest to otwarto źródłowa platforma programistyczna do tworzenia oprogramowania sterowania robotów. Transmisja danych i ich przetwarzanie odbywa się pod kontrolą systemu Linux.
Da się szybciej, prościej i taniej?
Obecnie NASA wysyła na Marsa łaziki, które mogą szukać m.in. skamieniałych śladów życia. „Na razie nie ma wyników pozytywnych, ale też zbadany został zaledwie mikroskopijny promil całej planety. To kosztuje i to bardzo długo trwa, ponieważ sygnał wysyłany tam i z powrotem, poruszający się z prędkością światła, wędruje tam kilkanaście minut. To dlatego łazikowi Opportunity zajęło 17 lat, żeby pokonać dystans maratoński, ponad 42 km. Pytanie brzmi: czy dałoby się zrobić to samo szybciej, prościej, i taniej – zwrócił uwagę naukowiec z Politechniki Warszawskiej.
Zanim urządzenia zostaną wysłane na Marsa, wykonywane są badania na powierzchni Ziemi. Badania polowe w Polsce, na specjalnie przygotowanym polu marsjańskim, będą miały jeszcze swoje dwie odsłony, pomiędzy którymi naukowcy prowadzą prace analityczne.
Kolejnym etapem będą badania terenowe w warunkach zbliżonych do marsjańskich, np. na pustyni Atakama albo na Antarktydzie – wilgotność jest tam niska, podobnie jak temperatury, obecne są ponadto formy geomorfologiczne, które występują na Marsie.
Do przygotowania pola testowego w Józefosławiu, odtwarzającego formy geologiczne występujące na Czerwonej Planecie, badacze wykorzystali blisko 40 ton kruszywa. Był to przede wszystkim dolomit o dużej zawartości żelaza, co nadaje mu czerwonawy kolor. Ma to znaczenie dla sensorów, które wykonują pomiary, podobnie jak frakcja, czyli struktura kruszywa, zawierającego też bazalt, kwarcyt i żwir.
Łaziki testowane na „Marsie w Józefosławiu” produkuje polska firma założona przez byłych absolwentów Politechniki Wrocławskiej – Fiction Lab. Naukowcy współpracują również z laboratorium napędów rakietowych NASA.
Tekst oparty o materiały ze stron Wydziału Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej oraz serwisu Nauka w Polsce.
Zdjęcia: Politechnika Warszawska.
