Tri mala rovera misije CADRE trebala bi na Mjesecu pokazati može li skupina robota zajedno istraživati nepoznat teren bez toga da kontrolori sa Zemlje određuju svaki njihov pokret. Roveri će međusobno usklađivati kretanje, izrađivati zajedničku kartu i prilagođavati plan stanju svakog člana tima.
NASA priprema drukčiji način robotskog istraživanja Mjeseca. Umjesto jednog rovera kojim se detaljno upravlja sa Zemlje, na mjesečevu površinu trebala bi stići tri mala vozila sposobna zajednički odlučiti kako najbolje obaviti zadatak koji im je zadan.
Riječ je o tehnološkoj demonstraciji CADRE, odnosno Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration. Tri rovera razvijena u NASA-inu Laboratoriju za mlazni pogon, JPL-u, trebala bi na Mjesec stići u sklopu misije IM-3 američke tvrtke Intuitive Machines, planirane ove godine. Odredište je Reiner Gamma na strani Mjeseca okrenutoj Zemlji, jedno od najpoznatijih područja neobičnih svijetlih struktura poznatih kao lunarni vrtlozi.
CADRE ondje neće tražiti vodeni led niti će biti prethodnica ljudske misije. Njegov je cilj provjeriti može li skupina robota dobiti općenitu naredbu, primjerice da istraži određeno područje, a zatim sama pretvoriti taj cilj u konkretne rute, zadatke i mjerenja. Ako demonstracija uspije, bit će to prvi put da NASA izvan Zemlje koristi više rovera kao jedan autonomno koordiniran sustav.
Roveri će sami rasporediti teren koji trebaju istražiti
Svaki od triju rovera velik je približno poput ručne prtljage. Ima četiri kotača, dvije stereo kamere, navigacijske senzore i georadar namijenjen proučavanju strukture ispod površine. Energiju dobiva iz solarnih panela, a s druga dva rovera i baznom stanicom razmjenjuje podatke radio-vezom.
Prvi veliki test bit će istraživanje terena čiji sadržaj roverima unaprijed neće biti poznat. Kontrolori će odrediti granice područja, nakon čega će sustav neistraženi prostor podijeliti između triju vozila. Svaki rover izrađivat će vlastitu kartu, prepoznavati prohodan teren i prepreke, a podaci će se spajati u zajedničku kartu. Kako se nepoznati prostor bude smanjivao, raspored područja ponovno će se izračunavati.
To je znatno više od autonomnog izbjegavanja kamena ili odabira sigurnije putanje. NASA već testira rovere koji samostalno procjenjuju kako prijeći zahtjevan teren, ali CADRE mora riješiti dodatni problem. Tri vozila moraju istodobno donositi odluke tako da postupci jednog rovera ne poremete rad ostalih.
Jedan rover preuzima koordinaciju cijelog tima
CADRE zato koristi sustav u kojem jedan član skupine preuzima ulogu vodećeg rovera i izrađuje raspored zadataka za cijeli tim. Odabir nije trajan. Sustav redovito procjenjuje stanje svih članova i može odrediti novog koordinatora ako postojeći više nije najbolji izbor.
Pri planiranju se uzima u obzir stanje baterije, temperatura elektronike, dostupno vrijeme i niz drugih ograničenja. Svaki rover zatim zasebno izvršava svoj dio plana i provjerava može li zadatak sigurno nastaviti. Ako njegovi lokalni podaci pokažu da bi izvršenje prekršilo zadana ograničenja, može zaustaviti zadatak, nakon čega se zajednički plan ponovno izračunava.
Takav pristup važan je i zbog mogućih problema u komunikaciji među vozilima. Na planetarnoj površini stijene, udubljenja i neravan teren mogu ometati radio-vezu. Sustav je zato osmišljen tako da za koordinaciju ne mora neprekidno razmjenjivati velike količine podataka.
Tijekom ispitivanja u JPL-u roveri su već pokazali da mogu zajednički reagirati na neočekivane prepreke i promjene u raspoloživoj energiji. Pravi ispit ipak dolazi na Mjesecu, gdje neće biti laboratorijskih uvjeta ni mogućnosti da inženjeri fizički interveniraju ako se nešto ne odvija prema planu.
Zajedno će zaviriti i ispod površine Mjeseca
Drugi dio demonstracije zahtijevat će još precizniju suradnju. Roveri će se kretati u unaprijed zadanoj formaciji i istodobno koristiti georadare. Takvim rasporedom moguće je slati i primati radarske signale s različitih mjesta te rekonstruirati strukturu ispod površine na način koji jedan rover sam ne može postići.
Tijekom tog pokusa vozila moraju održavati određene međusobne udaljenosti dok se kreću prema zajedničkom cilju. Ako jedan rover mora stati ili odstupi iz dopuštenog položaja, cijela se operacija mora prilagoditi kako bi radarski podaci ostali upotrebljivi.
CADRE bi trebao raditi tijekom osvijetljenog dijela jednog lunarnog dana, približno 14 zemaljskih dana. To je kratka tehnološka demonstracija, a ne dugotrajna istraživačka misija. Roveri će pritom morati voditi računa i o toplini. Oko lunarnog podneva elektronika se može zagrijavati toliko brzo da rad mora biti prekinut nakon svega nekoliko minuta vožnje.
Tehnologija namijenjena mnogo težim misijama
Najveća vrijednost CADRE-a mogla bi se pokazati u budućim misijama prema južnom polu Mjeseca. Ondje se nalaze trajno zasjenjeni krateri u kojima je potvrđena prisutnost vodenog leda, ali teren donosi ozbiljne probleme s osvjetljenjem, temperaturom, navigacijom i komunikacijom.
Rover koji se spusti iza ruba kratera može izgubiti izravnu vezu s komunikacijskim sustavom. Ako tada mora čekati novu naredbu sa Zemlje, vrijeme prolazi dok se baterija i dalje prazni. Autonomna skupina mogla bi nastaviti obavljati zadatke koji su sigurni i izvedivi s raspoloživom energijom. Upravo je ta sposobnost jedan od razloga zbog kojih NASA razvija sustave u kojima roboti donose sve više odluka na samom Mjesecu.
Kozmos.hr je nedavno pisao o autonomnoj navigaciji koju je NASA testirala u blizini Mjeseca misijom CAPSTONE, kao i o planovima za vozila i robotske sustave buduće lunarne infrastrukture. CADRE ispituje drugi dio istog problema: mogu li roboti surađivati kada više nije praktično da svaki njihov korak određuje tim ljudi udaljen stotinama tisuća kilometara.
Tri mala rovera neće riješiti sve izazove autonomnog istraživanja Mjeseca. Dugotrajne polarne misije morat će trajati mjesecima, preživjeti mnogo teže uvjete i povezivati vozila i instrumente različitih proizvođača. CADRE je prvi praktični test jednog temeljnog pitanja: može li se s jednog autonomnog rovera prijeći na cijeli tim koji pouzdano donosi zajedničke odluke na drugom svijetu.
