Perseverance побил рекорд пробега на Марсе благодаря автопилоту

Марсоход Perseverance, принадлежащий NASA, установил новый рекорд по суммарному пробегу среди всех аппаратов, когда-либо работавших на Красной планете. 11 октября ровер завершил очередной переход, доведя общий километраж до 45,22 километра (28,10 мили). Прежнее достижение принадлежало марсоходу Opportunity, который за 15 лет работы проехал 45,16 километра, пока в 2019 году его не остановила планетарная пылевая буря — символично, что произошло это в долине, носящей имя Perseverance.

Разница в сотые доли километра может показаться незначительной, но за ней стоит качественный скачок в технологиях. Главная причина успеха нового рекордсмена — способность ездить самостоятельно, куда более развитая, чем у предшественников. За пять лет пребывания на Марсе программное обеспечение автономности Perseverance постоянно совершенствовалось, и именно этому посвящён разговор с Марком Меймоне, заместителем руководителя группы роботизированных операций Лаборатории реактивного движения NASA. Он проектировал и разрабатывал систему автопилота для всех четырёх марсоходов агентства — Spirit, Opportunity, Curiosity и Perseverance.

История автономного вождения на Марсе началась задолго до нынешнего рекорда. Ещё Sojourner в 1997 году умел самостоятельно объезжать крупные препятствия: он проецировал на поверхность четыре лазерные полосы и по их искажениям измерял высоту рельефа в двадцати точках перед собой. Для процессора мощностью менее одного мегагерца это было впечатляющим достижением. На Spirit и Opportunity Меймоне развил эту идею: роверы использовали стереопары изображений размером 256 на 256 пикселей, чтобы строить карту геометрии местности и находить безопасный маршрут. Spirit в итоге проехал на автопилоте 23 процента всего пути — инженер признаётся, что был искренне удивлён, ведь в таком режиме машина двигалась заметно медленнее. Но автономность позволила ему преодолеть путь на 50 процентов быстрее, чем это было бы возможно иначе. Opportunity и Curiosity прибегали к самовождению лишь примерно в пяти процентах случаев.

Perseverance стал первым марсоходом, который едет сам 90 процентов времени. Его усовершенствованная система включает второй процессор с программируемой вентильной матрицей, ускоряющей обработку изображений. Именно этот скачок и позволил обогнать Opportunity, хотя свою роль сыграли и усиленные колёса, и радиоизотопный термоэлектрический генератор вместо солнечных панелей. Кстати, Curiosity работает на Марсе с 2012 года и имеет почти десятилетнюю фору, но рекорд всё равно достался более молодому аппарату.

Меймоне вспоминает, каково было впервые отпустить Perseverance в самостоятельную поездку. По его словам, это кульминация десятилетий работы над автономностью марсоходов, и наблюдать, как система AutoNav ведёт машину практически на полной скорости — до 120 метров в час — было невероятно. На одном из первых снимков видно, как ровер самостоятельно остановился перед нагромождением камней, а на другом — как успешно объехал валун.

При этом люди из процесса не исчезли. Научная команда определяет, куда двигаться, а группа стратегического планирования прокладывает маршрут по орбитальным картам низкого разрешения, предполагая, каким окажется рельеф. Каждый день тактическая группа объединяет общий план с текущими научными задачами и выбирает конкретный путь. Долгосрочное планирование остаётся за человеком, потому что это экономит время: например, специалисты знают, что в песчаных зонах с пересекающимися волнами и гребнями, идущими в разных направлениях, ровер склонен увязать, поэтому такие участки заранее исключают. Бортовая автономность оценивает только форму рельефа, но не его тип, и здесь ей на помощь приходят аннотации, накопленные за годы сопоставления орбитальных снимков с кадрами самих роверов. Современные орбитальные аппараты дают разрешение порой до 25 сантиметров, но даже этого мало, чтобы разглядеть крупный камень, занимающий всего пару пикселей. Именно поэтому автономность на борту необходима, а чем больше подсказок она получает сверху, тем быстрее человечество достигает своих научных целей.