La selección de un lugar de aterrizaje para un rover que se dirige a Marte es un proceso largo que normalmente involucra a grandes comités de científicos e ingenieros. Estos comités generalmente pasan varios años sopesando los objetivos científicos de una misión contra las limitaciones de ingeniería de un vehículo, para identificar sitios que son científicamenteinteresante y seguro para aterrizar.
Por ejemplo, el equipo científico de una misión puede querer explorar ciertos sitios geológicos en busca de signos de agua, vida y habitabilidad. Pero los ingenieros pueden encontrar que esos sitios son demasiado empinados para que un vehículo aterrice de manera segura, o las ubicaciones pueden no recibir suficienteluz solar para alimentar los paneles solares del vehículo una vez que ha aterrizado. Por lo tanto, encontrar un lugar de aterrizaje adecuado implica reunir información recopilada a lo largo de los años por misiones anteriores de Marte. Estos datos, aunque crecen con cada misión, son irregulares e incompletos.
Ahora los investigadores del MIT han desarrollado una herramienta de software para el descubrimiento asistido por computadora que podría ayudar a los planificadores de misiones a tomar estas decisiones. Produce automáticamente mapas de sitios de aterrizaje favorables, utilizando los datos disponibles sobre la geología y el terreno de Marte, así como una listade prioridades científicas y limitaciones de ingeniería que un usuario puede especificar.
Como ejemplo, un usuario puede estipular que un rover debe aterrizar en un sitio donde puede explorar ciertos objetivos geológicos, como los lagos de cuenca abierta. Al mismo tiempo, el sitio de aterrizaje no debe exceder cierta pendiente, de lo contrario elel vehículo se volcaría al intentar aterrizar. El programa genera un "mapa de favorabilidad" de los sitios de aterrizaje que cumplen con ambas restricciones. Estas ubicaciones pueden cambiar y cambiar a medida que el usuario agrega especificaciones adicionales.
El programa también puede establecer posibles caminos que un rover puede tomar desde un determinado sitio de aterrizaje hasta ciertas características geológicas. Por ejemplo, si un usuario especifica que un rover debe explorar exposiciones a rocas sedimentarias, el programa produce caminos a cualquiera de estas estructuras cercanasy calcula el tiempo que tomaría llegar a ellos.
Victor Pankratius, científico investigador principal del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, dice que los planificadores de misiones pueden usar el programa para considerar rápida y eficientemente diferentes escenarios de aterrizaje y exploración.
"Esto nunca va a reemplazar al comité real, pero puede hacer que las cosas sean mucho más eficientes, porque puedes jugar con diferentes escenarios mientras hablas", dice Pankratius.
El estudio del equipo fue publicado en línea el 31 de agosto por Ciencias de la Tierra y el espacio y es parte del número en línea de la revista el 8 de septiembre.
Nuevos sitios
Pankratius y el postdoc Guillaume Rongier, en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT, crearon el programa para identificar sitios de aterrizaje favorables para una misión conceptual similar al rover Mars 2020 de la NASA, que está diseñado para aterrizar en polvo horizontal, incluso, en polvoáreas libres y tiene como objetivo explorar un sitio antiguo, potencialmente habitable, con afloramientos magmáticos.
Encontraron que el programa identificó muchos sitios de aterrizaje para el rover que se han considerado en el pasado, y destacó otros sitios de aterrizaje prometedores que rara vez se propusieron. "Vemos que hay sitios que podríamos explorar con las tecnologías de rover existentes, ese sitio de aterrizajelos comités pueden querer reconsiderar ", dice Pankratius.
El programa también podría usarse para explorar los requisitos de ingeniería para las futuras generaciones de rovers de Marte. "Suponiendo que pueda aterrizar en curvas más empinadas o conducir más rápido, entonces podemos deducir qué nuevas regiones puede explorar", dice Pankratius.
Un aterrizaje difuso
El software se basa en parte en la "lógica difusa", un esquema lógico matemático que agrupa cosas no binarias como la lógica booleana, como sí / no, verdadero / falso o seguro / inseguro, pero con una probabilidad más fluidabasado en la moda.
"Tradicionalmente, esta idea proviene de las matemáticas, donde en lugar de decir que un elemento pertenece a un conjunto, sí o no, la lógica difusa dice que pertenece con una cierta probabilidad", lo que refleja información incompleta o imprecisa, explica Pankratius.
En el contexto de encontrar un sitio de aterrizaje adecuado, el programa calcula la probabilidad de que un rover pueda subir una determinada pendiente, con la probabilidad de disminuir a medida que la ubicación se vuelve más empinada.
"Con una lógica difusa podemos expresar esta probabilidad espacialmente: qué tan malo es si soy tan empinado, frente a este empinado", dice Pankratius. "Es una forma de lidiar con la imprecisión, de alguna manera".
Usando algoritmos relacionados con la lógica difusa, el equipo crea mapas de favorabilidad crudos o iniciales de posibles sitios de aterrizaje en todo el planeta. Estos mapas están cuadriculados en celdas individuales, cada una representando aproximadamente 3 kilómetros cuadrados en la superficie de Marte. El programacalcula, para cada celda, la probabilidad de que sea un sitio de aterrizaje favorable, y genera un mapa de color para representar probabilidades entre 0 y 1. Las celdas más oscuras representan sitios con una probabilidad cercana a cero de ser un sitio de aterrizaje favorable,mientras que los lugares más ligeros tienen una mayor probabilidad de un aterrizaje seguro con interesantes perspectivas científicas.
Una vez que generan un mapa sin procesar de los posibles sitios de aterrizaje, los investigadores tienen en cuenta varias incertidumbres en el lugar de aterrizaje, como cambios en la trayectoria y posibles errores de navegación durante el descenso. Teniendo en cuenta estas incertidumbres, el programa genera elipses de aterrizaje o circularesobjetivos donde es probable que un rover aterrice para maximizar la seguridad y la exploración científica.
El programa también utiliza un algoritmo conocido como marcha rápida para trazar rutas que un rover puede tomar sobre un terreno dado una vez que aterriza. La marcha rápida se usa generalmente para calcular la propagación de un frente, como la velocidad de un frente de vientollega a una costa si viaja a una velocidad determinada. Por primera vez, Pankratius y Rongier aplicaron una marcha rápida para calcular el tiempo de viaje de un rover a medida que viaja desde un punto de partida a una estructura geológica de interés.
"Si estás en algún lugar de Marte y obtienes este mapa procesado, puedes preguntar, 'Desde aquí, ¿qué tan rápido puedo ir a cualquier punto de mi entorno? Y este algoritmo te lo dirá", dice Pankratius.
El algoritmo también puede trazar rutas para evitar ciertos obstáculos que pueden ralentizar el viaje de un rover, y trazar las probabilidades de golpear ciertos tipos de estructuras geológicas en un área de aterrizaje.
"Es más difícil para un rover conducir a través del polvo, por lo que irá a un ritmo más lento, y el polvo no necesariamente está en todas partes, solo en parches", dice Rongier. "El algoritmo considerará tales obstáculos al mapearlos caminos transversales más rápidos "
Los equipos dicen que los operadores de rovers actuales en la superficie marciana pueden usar el programa de software para dirigir los vehículos de manera más eficiente a sitios de interés científico. En el futuro, Pankratius visualiza esta técnica o algo similar para integrarse en rovers cada vez más autónomos que noNo requiere que los humanos operen los vehículos todo el tiempo desde la Tierra.
"Un día, si tenemos rovers totalmente autónomos, pueden tener en cuenta todas estas cosas para saber a dónde pueden ir y poder adaptarse a situaciones imprevistas", dice Pankratius. "Desea autonomía, de lo contrario puede tomar un tiempomucho tiempo para comunicarse de un lado a otro cuando tiene que tomar decisiones críticas rápidamente ".
El equipo también está estudiando aplicaciones de las técnicas en exploración de sitios geotérmicos en la Tierra en colaboración con el Laboratorio de Recursos de la Tierra del MIT en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias.
"Es un problema muy similar", dice Pankratius. "En lugar de decir '¿Es este un buen sitio, sí o no?', Puede decir: 'Muéstrame un mapa de todas las áreas que probablemente serían viables para la exploración geotérmica. ""
A medida que los datos mejoran, tanto para Marte como para las estructuras geotérmicas en la Tierra, él dice que esos datos se pueden alimentar al programa existente para proporcionar análisis más precisos.
"El programa es incrementalmente mejorable", dice.
Esta investigación fue financiada, en parte, por la NASA y la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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