NASA's Techno-Wizardry verleiht dem Perseverance Rover auf dem Mars größere Autonomie

USA - Ekhbary Nachrichtenagentur

NASA's Techno-Wizardry verleiht dem Perseverance Rover auf dem Mars größere Autonomie

Die National Aeronautics and Space Administration (NASA) und das Jet Propulsion Laboratory (JPL) verschieben unermüdlich die Grenzen der robotischen Erkundung auf dem Roten Planeten, wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung der operativen Autonomie ihrer Mars-Rover liegt. Der Perseverance-Rover, der derzeit fortschrittlichste Roboterforscher auf dem Mars, steht an der Spitze dieser Fortschritte und wurde mit der Kernaufgabe entwickelt, seine Fähigkeiten zur autonomen Navigation erheblich zu verbessern. Während sein Vorgänger, der MSL Curiosity-Rover, ebenfalls ein gewisses Maß an Autonomie besitzt, übertrifft ihn Perseverance dank ausgefeilterer und leistungsfähigerer Systeme.

Beide Rover nutzen ein autonomes Navigationssystem namens AutoNav. Die Version von AutoNav für Perseverance ist jedoch erheblich robuster und verfeinerter, was es ihm ermöglicht, seine Routen effizienter zu bewerten und zu planen. Während seines ersten Jahres auf dem Mars legte Perseverance eine Strecke von etwa 17,7 Kilometern zurück, wobei AutoNav bei der Bewertung und Steuerung von etwa 88 % dieser Strecke eine Schlüsselrolle spielte. Diese Fähigkeit zur selbstgesteuerten Fortbewegung ist entscheidend für die Beschleunigung des Erkundungstempos und die Maximierung der gesammelten wissenschaftlichen Daten.

Trotz dieser Fortschritte bleibt die präzise Positionsbestimmung eine Haupthürde für die Erreichung einer noch größeren autonomen Navigation. Je länger Perseverance autonom fährt, desto größer wird der potenzielle Fehler bei der Schätzung seiner genauen Position auf der Marsoberfläche. Diese Unsicherheit wirkt sich direkt auf seine Fähigkeit aus, sichere Routen genau zu planen und zu navigieren. Ohne präzise Lokalisierung wird der Rover effektiv "verloren", was seinen Fortschritt behindert und menschliches Eingreifen zur Korrektur seines Kurses erfordert.

Um diese kritische Hürde zu überwinden, integriert Perseverance drei Schlüsselsysteme zur Stärkung seiner autonomen Operationen: AutoNav, AEGIS und OBP. AutoNav plant Routen anhand verfügbarer Bilder und Karten. AEGIS, das für "Autonomous Exploration for Gathering Increased Science" steht, verwendet Weitwinkelbilder von Bordkameras, um wissenschaftliche Ziele zu identifizieren, die das SuperCam-Instrument des Rovers untersuchen soll. Das OBP-System (OnBoard Planner) verwaltet und plant Operationen zur Optimierung des Energieverbrauchs. Diese synergistische Kombination von Systemen verleiht Perseverance ein beispielloses Maß an operativer Autonomie, das letztendlich auf maximale wissenschaftliche Ergebnisse abzielt.

Die Autonomie von Perseverance hat mit der Entwicklung des Mars Global Localization (MGL)-Systems einen weiteren bedeutenden Sprung nach vorn gemacht. Da es auf dem Mars kein GPS-Äquivalent gibt, war die genaue Bestimmung der Position des Rovers auf der Oberfläche ein ständiges Hindernis für größere Autonomie und verbesserte wissenschaftliche Ergebnisse. Dieses innovative System wird in einem Konferenzpapier mit dem Titel "Censible: A Robust and Practical Global Localization Framework for Planetary Surface Missions" detailliert beschrieben.

Vandi Verma, Chefingenieurin für Roboterbetriebsmissionen bei JPL, verglich das System mit "dem Rover eine GPS-Funktion zu geben". Sie fügte hinzu: "Jetzt kann er seinen eigenen Standort auf dem Mars bestimmen." Diese Fähigkeit bedeutet, dass der Rover viel längere autonome Fahrten unternehmen kann, was eine breitere Erkundung des Planeten und die Sammlung wertvollerer wissenschaftlicher Daten ermöglicht. Entscheidend ist, dass das MGL-System so konzipiert ist, dass es anpassungsfähig ist und potenziell von fast jedem anderen Rover verwendet werden kann, der für schnelle, weitreichende Fahrten über Planetenoberflächen entwickelt wurde.

Bis heute erstreckte sich die längste autonome Fahrt von Perseverance über 699,9 Meter in drei Tagen. Die Positionsunsicherheit verhinderte jedoch eine weitere Verlängerung dieser Distanz. Je größer die autonom zurückgelegte Strecke, desto größer wird die Positionsunsicherheit, was ein Risiko für die Sicherheit des Rovers darstellt. Illustrative Abbildungen zeigen, wie die Positionsunsicherheit des Rovers im Laufe der Zeit bei langen Fahrten durch enge Korridore ohne MGL zunimmt. Ohne dieses System wächst der potenzielle Fehler des Rovers, wodurch er effektiv verloren geht und ohne menschliches Eingreifen, um Panoramabilder manuell mit globalen Karten abzugleichen, nicht weiterfahren kann.

Die neue MGL-Methode ist erheblich leistungsfähiger. Obwohl sie weiterhin die Erfassung eines 360-Grad-Panoramas des aktuellen Rover-Standorts beinhaltet, eliminiert sie die Notwendigkeit menschlichen Eingreifens. Das System verwendet monochromatische rote Bilder, die den HiRISE-Bildern des Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) sehr ähnlich sind. Diese Bilder werden, kombiniert mit von Orbitern erstellten Geländekarten, von einem Bordalgorithmus verarbeitet, um die Position des Rovers mit einer Genauigkeit von etwa 10 Zoll in nur etwa zwei Minuten präzise zu bestimmen.

Dieser technologische Sprung wird teilweise durch die Verfügbarkeit eines leistungsstarken Mikroprozessors an Bord von Perseverance ermöglicht, der zuvor der Kommunikation mit dem Ingenuity-Helikopter gewidmet war. Ingenuity, der "Sidekick" von Perseverance, war ein bemerkenswerter Erfolg und absolvierte 72 Flüge über drei Jahre, bevor seine Mission im Januar 2024 aufgrund von Rotorschäden endete. Mit dem Ende der Mission von Ingenuity wurde seine dedizierte Rechenleistung für die Verbesserung der Fähigkeiten von Perseverance, einschließlich des MGL-Systems, verfügbar.

Das System wurde erfolgreich über zwei Tage normaler Operationen getestet und demonstriert sein Potenzial, die Distanz, die Perseverance täglich ohne menschliche Hilfe zurücklegen kann, drastisch zu erhöhen. Da Perseverance auch wissenschaftliche Beobachtungen mit zunehmender Autonomie durchführen kann, verspricht das MGL-System erhebliche wissenschaftliche Erträge. Dieser Fortschritt stellt einen entscheidenden Schritt dar, um robotische Entdecker zu befähigen, Planetenoberflächen umfassender und effizienter zu durchqueren und zu untersuchen, und setzt einen neuen Standard für zukünftige Weltraumforschungsmissionen.

Ekhbary Nachrichtenagentur