Марсоход Perseverance в ближайшее время должен превзойти 45,16 км и стать самым дальнобойным аппаратом, когда-либо ездившим по поверхности другого мира. Важнее самой цифры другое: около 90% этого пути автономный марсоход Perseverance прошел без постоянного ручного управления с Земли. Для русскоязычной IT-аудитории это не просто красивая космическая новость, а редкий публичный пример того, как бортовое компьютерное зрение и локальное принятие решений годами работают там, где облако бесполезно, а задержка связи измеряется минутами.
Об этом сообщает Ars Technica со ссылкой на команду миссии NASA. Perseverance сел на Марс в феврале 2021 года и теперь идет на рекорд, который до сих пор удерживал Opportunity, окончательно замолчавший в 2018-м. Руководитель проекта Perseverance в Лаборатории реактивного движения NASA Стивен Ли прямо называет ключевую технологию: автоматическую навигацию. Схема в целом знакома любому, кто следит за беспилотниками на Земле: камеры снимают рельеф вокруг машины, бортовой компьютер прогоняет изображения через алгоритмы и выбирает безопасный маршрут. Разница в деталях. На Марсе нет хороших карт, понятной разметки и дорожных знаков. Зато есть валуны, песчаные склоны и поверхность, которая не особенно заботится о сохранности колес. Впрочем, один класс проблем Красная планета все же убирает: здесь пока нет встречки и водителей, которые считают правила рекомендациями.
Рекорд сделал не мотор, а бортовой софт
Самая интересная часть этой истории начинается в сравнении с Curiosity, который выглядит почти близнецом Perseverance, но стартовал примерно на девять лет раньше. У Curiosity были похожие камеры и похожая логика автономной езды, однако вычислительная база оказалась из другой эпохи: по словам Ли, часть его чипсета восходит еще к 1990-м. Результат очень земной и понятный любому инженеру: алгоритм может быть неплохим, но если железо не успевает считать вовремя, автономия быстро заканчивается. Поэтому у Curiosity лишь около 10% пробега приходится на автопилот, а за примерно полтора десятилетия на Марсе он проехал 38,6 км. У Perseverance картина обратная. Благодаря чуть более современному модулю Vision Compute Element он может распознавать обстановку и считать маршрут прямо на ходу, пока колеса продолжают вращаться. Скорость по земным меркам смешная, максимум около 150 метров в час, но здесь важна не динамика, а отсутствие пауз. Ровер не тратит лишнее время на остановки в ожидании указаний от операторов на Земле и поэтому приносит больше научных данных за тот же ресурс миссии.
Это хорошо видно по тому, как устроены сами задачи двух марсоходов. Curiosity работает в кратере Гейла и медленно поднимается на гору Шарп, делая ставку на последовательные и детальные измерения. Perseverance прилетел в кратер Езеро, где научные цели раскиданы гораздо шире. Его маршрут больше похож не на осторожное ползание вокруг одной точки, а на цепочку выездов между удаленными участками. Заместитель научного руководителя миссии Вивиан Сун говорит, что именно эта мобильность радикально расширила масштаб науки: команда регулярно получает ровер в новой точке раньше, чем ожидала по плану. А смотреть там есть на что. В Езеро Perseverance изучает одни из самых древних пород в Солнечной системе, возрастом до 4 млрд лет, то есть речь идет о времени, когда поздняя тяжелая бомбардировка уже шла на спад, но планеты внутренней части системы еще жили в довольно жестком режиме. Для ученых это шанс проверить на месте, какими были геология и среда раннего Марса и насколько эта среда вообще была пригодна для жизни.
Что здесь важно разработчикам и CTO
История Perseverance неприятна для любого маркетинга, который любит сводить автономию к волшебной модели и эффектной презентации. У NASA успех выглядит куда прозаичнее и потому убедительнее: сенсоры, достаточная вычислительная мощность на борту и право системы принимать решения без человека в цикле на каждом метре пути. У Curiosity, по сути, уже было многое из этого набора, кроме нужного запаса производительности. Разница между 10% и 90% автономного пробега в этой истории объясняется не магией новой эпохи, а тем, что вычисления успевают завершиться до того, как аппарат должен принять следующее решение. Для разработчиков это почти учебный кейс по вычислениям на устройстве: выигрывает не та система, у которой громче пресс-релиз, а та, которая укладывается в реальный бюджет по задержке, энергии и надежности. Для бизнеса урок еще проще. Автоматизация приносит максимум пользы там, где убирает простой между наблюдением и действием. Если каждая новая кочка требует ручного подтверждения с другого конца планеты, вы строите не автономную систему, а очень дорогой чат с колесами. Автономный марсоход Perseverance показал, насколько большой эффект дает даже умеренное обновление вычислительного контура, если оно снимает этот узкий участок.
Есть и еще один практический слой, уже ближе к эксплуатации. После нескольких лет работы Curiosity операторы заметили заметный износ колес, поэтому для Perseverance конструкцию переработали заранее. Сейчас, по словам Ли, признаков серьезного износа у новой машины нет. Из слабых мест пока называют в первую очередь приводы колес: изначально их ресурсные испытания проводили из расчета на 20 км пробега, а теперь NASA занимается сертификацией как минимум на 100 км и, возможно, больше. Это тоже важная деталь для тех, кто строит сложные автономные системы: хороший софт ценен ровно настолько, насколько долго его может выдерживать железо. В случае Perseverance запас выглядит обнадеживающе. Он работает от радиоизотопного источника питания, а ограничений в виде топлива и типичных расходников, которые быстро ставят крест на дальних поездках, у него нет. Иначе говоря, автономный марсоход Perseverance еще не выглядит машиной, которая близка к финишу только потому, что уже взяла текущий рекорд.
На Земле автономный транспорт до сих пор упирается в хаос городской среды, правила и человеческий фактор. На Марсе социальные помехи почти нулевые, зато инженерные компромиссы жестче: связи мало, ремонтной бригады нет, а цена ошибки особенно высока. Поэтому история Perseverance важна не только для космоса. Она подсказывает, что зрелость автономных систем стоит измерять не максимальной скоростью и не количеством громких обещаний, а способностью годами принимать достаточно правильные локальные решения без постоянной подсказки человека. Подробности и прямые цитаты инженеров NASA приводит .