НАСА представила новый уникальный ровер для будущих миссий на Луне и Марсе

В пустыне на юге Калифорнии NASA проверила ровер, который должен двигаться гораздо смелее нынешних марсоходов. Небольшой четырехколесный прототип ERNEST прошел около 26 километров по камням, песку и склонам почти без помощи инженеров, а затем стал для Лаборатории реактивного движения NASA испытательным полигоном для новой автономной навигации.

ERNEST расшифровывается как Exploration Rover for Navigating Extreme Sloped Terrain. Машина длиной всего 1,2 метра выглядит скромно, но NASA закладывает в прототип идеи для будущих экспедиций на Луну и Марс. Главная задача проекта не в том, чтобы повторить Curiosity или Perseverance, а в том, чтобы уйти дальше привычной схемы. ERNEST умеет поднимать каждое сетчатое колесо отдельно, перераспределять нагрузку и выбирать маневры, которые помогли бы пройти там, где обычный пассивный марсоход застрял бы или остановился.

Недавние испытания прошли в пустыне Колорадо в Южной Калифорнии. За семь дней полевых тестов ERNEST суммарно ехал 37 часов и разгонялся примерно до 1 километра в час. Для земного транспорта скорость смешная, но для планетарных роверов разница серьезная. По данным NASA, такая автономная езда примерно на порядок быстрее предельной скорости, с которой Curiosity и Perseverance могут безопасно прокладывать маршрут по сложной поверхности.

В NASA рассматривают ERNEST как задел для возможного дальнобойного лунного ровера. Такой аппарат должен будет проезжать большие расстояния по пересеченной местности, работать при сложном освещении и меньше зависеть от постоянных команд с Земли. Руководитель испытаний Исса Неснас из JPL говорит, что команда отрабатывает и железо, и программное обеспечение для движения на экстремальные дистанции по разным типам поверхности.

Планетолог JPL Джеймс Кин описал идею проще всего. По его словам, с машиной такого класса можно устроить «научное дорожное путешествие» по Луне или Марсу. Для ученых такая возможность меняет саму логику миссии. Ровер сможет не только медленно исследовать одну площадку рядом с посадочным модулем, но и связывать между собой удаленные районы, выбирать маршрут, объезжать опасные зоны и добираться до мест, куда прежние аппараты не рискнули бы поехать.

Команда ERNEST начинала с механики. Инженеры хотели создать сравнительно простой и недорогой ровер, который развивает идею подвески rocker-bogie. Такой пассивный механизм NASA использует на марсоходах со времен Sojourner. Подвеска хорошо распределяет вес между шестью колесами и помогает аппарату подстраиваться под неровную поверхность, но у схемы есть пределы.

ERNEST получил активную подвеску. Два приводных шарнира спереди управляют подвижным узлом и позволяют роверу менять походку. Машина может извиваться, переставлять колеса почти как ноги, взбираться на препятствия и при необходимости ехать боком благодаря четырем управляемым колесам. Муфта переключает подвеску между активным режимом и пассивным. Активный режим лучше подходит для сложного рельефа, пассивный экономит энергию.

До нынешней версии JPL собрала два маленьких прототипа длиной около 60 сантиметров. Инженеры несколько месяцев гоняли машины по лунному реголиту-имитатору в специальном прицепе и проверяли 11 вариантов активной подвески на разных уклонах. После выбора финальной конструкции проект масштабировали, добавили мачту высотой 1,4 метра с прямоугольной «головой» и завершили аппаратную часть в сентябре 2024 года.

Сначала ERNEST не был по-настоящему самостоятельным. Оператор управлял прототипом джойстиком и вручную задавал движения при встрече с препятствиями. Затем команда подключила обучение с подкреплением, один из методов искусственного интеллекта, где робот учится через взаимодействие со средой. Лаборатория динамики и моделирования реального времени JPL создала точный виртуальный полигон, который повторял поведение реального ровера.

Инженеры загрузили в симулятор данные о том, как железо ERNEST реагирует на разные типы грунта. Затем вычислительный кластер NASA запускал множество виртуальных поездок одновременно. Иногда за одни выходные команда получала тысячи часов испытаний, которые было бы почти невозможно провести вживую. После нескольких месяцев обучения алгоритмы перенесли на реальный прототип.

Проверку устроили во дворе Mars Yard, открытом полигоне JPL с песчаными волнами, россыпями камней, ступенями и крутыми склонами. ERNEST должен был сам понять, как преодолеть участки, где пассивная подвеска остановила бы обычный ровер. После первых успешных заездов прототип прошел еще несколько похожих трасс.

Теперь команда JPL развивает следующий этап автономии. Инженеры хотят научить ERNEST не только выбирать, когда включать активную подвеску, но и строить дальний маршрут с учетом рельефа. В идеале ровер должен заранее отличать преодолимые препятствия от опасных, лезть через первые и объезжать вторые. Такой набор навыков пригодится будущим миссиям, которые отправятся в более грубые районы Луны или к труднодоступным областям Марса.

Работа над ERNEST началась в 2022 году при поддержке внутренних исследовательских фондов JPL. Сейчас проект финансируют программа NASA по исследованию Марса и офис Exploration Science Strategy and Integration в научном управлении агентства. Лабораторией реактивного движения для NASA управляет Калифорнийский технологический институт.