Una nuova tecnologia chiamata Mars Global Localization consente a Perseverance di determinare con precisione dove si trova su Marte.
Una nuova tecnologia sviluppata presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA, nella California meridionale, consente oggi a Perseverance di individuare la propria posizione senza aiuti esterni. Denominata Mars Global Localization, la tecnologia si basa su un algoritmo che confronta rapidamente le immagini panoramiche delle telecamere di navigazione del rover con le mappe orbitali del terreno a bordo. Basato su un potente processore che Perseverance utilizzava originariamente per comunicare con il prototipo di elicottero Ingenuity, l’algoritmo impiega circa due minuti per individuare la posizione del rover con una precisione di 25 centimetri. La Mars Global Localization è stata utilizzata con successo per la prima volta nelle normali operazioni di missione il 2 febbraio, poi di nuovo il 16 febbraio.
Un sostituto del GPS
“È un po’ come dotare il rover di un GPS. Ora Perseverance può determinare autonomamente la propria posizione su Marte“, ha affermato Vandi Verma del JPL, ingegnere capo delle operazioni di robotica per la missione. “Significa che il rover sarà in grado di percorrere distanze molto più lunghe in autonomia, quindi esplorare una porzione maggiore del pianeta e ottenere maggiori informazioni scientifiche. E potrebbe essere utilizzato da quasi tutti gli altri rover che viaggiano velocemente e su lunghe distanze“.
L’aggiornamento è particolarmente prezioso, considerando l’efficacia del sistema di guida autonoma di Perseverance. Consentendo al rover di riprogrammare il proprio percorso aggirando gli ostacoli lungo il percorso verso una destinazione prestabilita, AutoNav si è dimostrato così efficace che la distanza che Perseverance può percorrere senza istruzioni dalla Terra è in gran parte limitata dall’incertezza del rover sulla propria posizione. Ora che può fermarsi e determinare la sua posizione esatta, Perseverance può essere guidato per distanze potenzialmente illimitate senza controlli da remoto.
L’implementazione di Mars Global Localization segue un’altra innovazione del team di Perseverance: il primo utilizzo dell’intelligenza artificiale generativa per pianificare un percorso di guida selezionando i waypoint per il rover, che normalmente vengono scelti dagli operatori umani. Entrambe le tecnologie consentono a Perseverance di viaggiare più lontano e più velocemente, riducendo al minimo il carico di lavoro del team.
Oltre l’odometria visiva
A differenza della Terra, nello spazio profondo non esiste una rete di satelliti GPS per localizzare i veicoli spaziali sulle superfici planetarie. Quindi le missioni, robotiche o con equipaggio, devono trovare altri modi per determinarne la posizione. Come i precedenti rover marziani della NASA, Perseverance traccia la sua posizione utilizzando la cosiddetta odometria visiva, analizzando le caratteristiche geologiche nelle immagini della telecamera scattate ogni pochi metri, tenendo conto dello slittamento delle ruote.
Ma poiché piccoli errori nel processo si sommano nel corso di ogni viaggio, il rover diventa sempre più incerto sulla sua posizione esatta. Nei viaggi lunghi, la percezione della posizione del rover può essere imprecisa di oltre 30 metri. Ritenendo di essere troppo vicino a un terreno pericoloso, Perseverance potrebbe interrompere prematuramente il suo viaggio e attendere istruzioni dalla Terra. Dopo ogni sosta, il rover invia un panorama a 360 gradi alla Terra, dove gli esperti di mappatura confrontano le immagini con quelle del Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) della NASA. Il team invia quindi al rover la sua posizione e le istruzioni per il suo successivo spostamento.
La immagini di Perseverance
Questo processo può richiedere un giorno o più, ma grazie alla Mars Global Localization, il rover è in grado di confrontare autonomamente le immagini, determinare la propria posizione e proseguire lungo il percorso pianificato. “Abbiamo dotato il rover di una nuova capacità“, ha affermato Jeremy Nash, ingegnere robotico del JPL che ha guidato il team che ha lavorato al progetto Verma. “Questo è un problema aperto nella ricerca robotica da decenni, ed è stato davvero entusiasmante implementare questa soluzione nello spazio per la prima volta“. Il team ha iniziato a lavorare nel 2023, testando l’accuratezza dell’algoritmo sviluppato utilizzando i dati di 264 precedenti soste del rover.
Il contributo di Ingenuity
La chiave per la localizzazione globale di Marte è la stazione base dell’elicottero (HBS) del rover, che Perseverance utilizzava per comunicare con l’elicottero marziano Ingenuity, ora non più attivo. Dotata di un processore commerciale che alimentava molti smartphone di consumo a metà degli anni 2010, l’HBS è oltre 100 volte più veloce dei due computer principali del rover, che, costruiti per resistere all’ambiente marziano altamente radioattivo, si basano su hardware introdotto nel 1997.
Come dimostrazione tecnologica progettata per testare le capacità, la missione Ingenuity ha potuto rischiare di impiegare chip commerciali più potenti nell’HBS e nell’elicottero, sebbene non fossero stati ancora testati nello spazio. E la scelta ha dato i suoi frutti: il velivolo, che avrebbe dovuto volare non più di cinque volte, ha completato 72 voli. La potenza del processore HBS ha ispirato Verma a cercare modi per sfruttarla nella missione Perseverance.
L’utilizzo del computer HBS ha presentato le sue sfide. Per garantire l’affidabilità, il team ha sviluppato un “controllo di integrità”: l’algoritmo viene eseguito sull’HBS più volte prima che uno dei computer principali del rover verifichi la corrispondenza dei risultati. Durante i test, il team ha riscontrato ripetutamente che la posizione del rover era errata di 1 millimetro. Hanno scoperto danni a circa 25 bit, una frazione minuscola della memoria da 1 gigabyte del processore, e hanno sviluppato una soluzione per isolare tali bit durante l’esecuzione dell’algoritmo.
Oltre al più ampio processo di localizzazione globale di Marte, si prevede che le soluzioni di controllo di integrità e di memoria del team troveranno nuovi utilizzi con l’impiego di processori commerciali più veloci nelle missioni future. Nel frattempo, il team ha già rivolto lo sguardo alla Luna, dove le difficili condizioni di illuminazione e le lunghe e fredde notti lunari rendono ancora più cruciale conoscere con esattezza la posizione dei veicoli spaziali.
Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale sul blog NASA
