Dziś wieczorem na Marsie ląduje wysłany przez NASA łazik Perseverance. Kluczowe znaczenie dla sukcesu tego etapu misji ma oprogramowanie, które umożliwi lądowanie, w pewnym sensie, w sposób autonomiczny - mówi RMF FM Paweł Wojtkiewicz, dyrektor ds. sektora kosmicznego w GMV - największej w Polsce firmie zajmującej się kosmicznym oprogramowaniem. Komputer na pokładzie Perseverance jest dziesięciokrotnie bardziej wydajny niż komputer, który od 2012 roku obsługuje łazik Curiosity. Ma też 8 razy więcej dostępnej pamięci. Ta misja jest wyposażona w urządzenia o wiele większych możliwościach niż wszystkie inne poprzednie misje, które docierały na Czerwoną Planetę.
Grzegorz Jasiński: Łazik Perseverance ląduje wieczorem na Marsie i oczywiście cały przemysł kosmiczny będzie obserwował to, co się będzie działo, z różnych punktów widzenia. Proszę powiedzieć na początek, co pana w tym manewrze lądowania, w całej tej misji interesuje najbardziej, co z punktu widzenia pana zainteresowań, także pana firmy, jest najważniejsze?
Zobacz również:
Paweł Wojtkiewicz: Oczywiście cała misja jest ciekawa i jej cele naukowe, ale z punktu widzenia firmy, która na co dzień zajmuje się rozwojem oprogramowania dla sektora kosmicznego i właśnie dla misji kosmicznych, oczywiście najbardziej ciekawe są wszystkie zagadnienia, które są związane z oprogramowaniem i systemami powiedzmy sztucznej inteligencji, które są zaimplementowane na pokładzie zarówno lądownika, jak i później łazika marsjańskiego. Tutaj pierwszym elementem, który jest bardzo interesujący i ma ogromne znaczenie dla sukcesu całej misji, jest system lądowania w odpowiednim miejscu na powierzchni Marsa. I tutaj możemy sobie wyobrazić, że sonda lądując na powierzchni Marsa musi pokonać szereg trudności, a jak wiemy taką sondą i takim lądownikiem nie możemy sterować zdalnie z powierzchni ziemi. Czyli na pokładzie lądownika muszą być zaimplementowane algorytmy, które umożliwią wylądowanie, w pewnym sensie w sposób autonomiczny, w żądanym miejscu na powierzchni Marsa. Dzieje się to w ten sposób, że lądownik ma w swoim komputerze pokładowym zapisaną mapę terenu, na którym powinien wylądować. I tutaj bardzo ciekawe jest to, że w przypadku tej misji znacznie poprawiono precyzję lądowania i znacznie ulepszono wszystkie algorytmy, które odpowiadają za precyzyjne lądowanie na konkretnym miejscu. Lądownik w momencie, kiedy zbędzie się zbliżał do powierzchni Marsa, będzie na bieżąco analizował to, co widzi za pomocą swoich kamer, z tym obrazem powierzchni, który ma wgrany do komputera pokładowego i na tej podstawie podejmie decyzję z ostatnich fazach lądowania, w którym miejscu wylądować. Jeżeli w tym czasie zauważy, że np. na wcześniej wyznaczonym miejscu lądowania znajdują się jakieś głazy, kamienie albo jest po prostu niebezpieczny teren, będzie w stanie podjąć autonomicznie decyzję, że wyląduje troszeczkę dalej. Tutaj jest właśnie ten przełom, że pracownicy NASA mogli zaimplementować na pokładzie tej sondy takie algorytmy, które w dosyć precyzyjny sposób pozwolą nam wylądować w konkretnym miejscu. Dlaczego jest to takie ważne? Oczywiście, ważne jest to z punktu widzenia naukowego. Zanim rozpoczęła się misja naukowcy wyznaczyli konkretne miejsce na powierzchni Marsa, które może być interesujące z punktu widzenia naukowego. I oczywiście chcielibyśmy wylądować, jak najbliżej tego miejsca. Proszę sobie wyobrazić, w warunkach ziemskich, jeżeli jedziemy do jakiegoś celu i znajdujemy się od niego około 5 km, nie jest dla nas duża trudność, żeby tam się przemieścić. Te 5 km, w jedną czy drugą stronę, na powierzchni Marsa dla łazika marsjańskiego jest to już pewien problem i wyzwanie. Tak, że im bliżej danego miejsca wylądujemy, tym większe prawdopodobieństwo, że misja zakończy się powodzeniem.
Czy to wymagało dużo większych możliwości obliczeniowych komputera na pokładzie tej sondy, czy mamy do czynienia z wykorzystaniem sztucznej inteligencji, czy to jeszcze ciągle w oparciu o stosunkowo proste metody algorytmy?
Oczywiście nie są to proste metody i algorytmy. Komputer, który znajduje się na pokładzie tego łazika, jest dziesięciokrotnie bardziej wydajny niż komputer, który znajduje się od 2012 roku na pokładzie łazika Curiosity. Mamy też 8 razy więcej dostępnej pamięci. Ten łazik, ta misja jest wyposażona w urządzenia o wiele większych możliwościach niż wszystkie inne poprzednie misje, które docierały na powierzchnię Marsa. Więc w tym sensie rzeczywiście od strony nazwijmy to sprzętowej, ta misja jest bardzo dobrze przygotowana do realizacji postawionych przed nią zadań. Jeżeli mówimy o oprogramowaniu, to z reguły nie mówimy tutaj o sztucznej inteligencji, nawet nie mówimy o autonomii, tylko o częściowej autonomii. Sterowanie tą komisją wygląda w ten sposób, że jednak zawsze na ziemi jest tutaj zespół, który kontroluje całą misję, wyznacza pewne zadania i daje pewne komendy zarówno dla lądownika, jaki później łazika. Ten łazik później te komendy wykonuje, ale jeżeli w trakcie wykonywania danego zadania natknie się na jakąś niespodziewaną np. przeszkodę w przypadku lądowania, albo w przypadku, kiedy łazik porusza się po powierzchni Marsa, wtedy właśnie algorytmy, które zostały zaimplementowane na pokładzie łazika czy też lądownika, są w stanie wykonać tę pracę za ludzi. Czyli mogą podjąć autonomiczną decyzję o tym, że nie jedziemy w danym kierunku, albo omijamy tę przeszkodę, albo wyznaczamy bardziej optymalną ścieżkę, żeby dotrzeć z punktu A do punktu B. Te algorytmy autonomii, tak to nazwijmy, są konieczne, gdyż jak wiemy komunikacja Mars - Ziemia nie odbywa się tu i teraz, tylko potrzebujemy czasu, w zależności od wzajemnego położenia planet Ziemi i Marsa, jest to od 5 do nawet 20 minut, więc niemożliwe jest sterowanie łazikiem na powierzchni Marsa online. Stąd też szereg prac wykonywanych zarówno w NASA, jak i w Europejskiej Agencji Kosmicznej, a także tutaj w Polsce przez firmy, które zajmują się oprogramowaniem dla sektora kosmicznego, aby właśnie tworzyć algorytmy, które dadzą pewien stopień autonomii wszystkim misjom, które wysyłamy na Marsa, na Księżyc, czy też na planetoidy.
Czy możemy w jaki sposób szukać tutaj analogii do systemów sterowania autonomicznymi samochodami, czy te dwie technologie kosmiczna i całkowicie naziemna, żeby nie powiedzieć, drogowa mogą się w jakiś sposób inspirować, wzajemnie wykorzystywać pewne rozwiązania. Czy to są dwie różne ścieżki?
Mamy tu pewne analogie głównie poprzez wykorzystywanie technik przetwarzania obrazu. Łazik albo samochód tutaj na Ziemi jest wyposażony w oczy, czyli kamery. Na pokładzie łazika marsjańskiego zamontowano wiele kamer, które dostarczają na bieżąco do komputera pokładowego informacje o otoczeniu. I ten obraz otoczenia jest na bieżąco przetwarzany na pokładzie łazika. Tak samo dzieje się w przypadku tego typu technologii, które są używane tutaj na Ziemi np. na potrzeby autonomicznych samochodów, jednakże mamy tutaj jedną ogromną różnicę, na Marsie nie mamy globalnego systemu pozycjonowania. To jest duża przeszkoda. Będąc na Marsie nie możemy skorzystać z sygnału popularnie nazywanego GPS i nie możemy sobie wyznaczyć z jego pomocą dokładnej pozycji. Na Marsie możemy tylko polegać na tym, co zobaczą na bieżąco kamery zamontowane na pokładzie łazika i możemy korzystać z zdjęć, które wcześniej zostały wykonane za pomocą sond, które krążą na orbitach wokół Marsa i przesyłają na bieżąco na Ziemię aktualne zdjęcia powierzchni Czerwonej Planety.
Sygnał z Marsa potrzebuje na dotarcie do Ziemi w tej chwili chyba parunastu minut, z oczywistych względów sterowanie i odbiór informacji w czasie rzeczywistym jest niemożliwy. A jak my tak naprawdę na Ziemi dowiadujemy się o tym, co tam na Marsie się wydarzyło i jak jesteśmy w stanie obserwować, to, co dzieje się możliwie na bieżąco choć z pewnym opóźnieniem? Mam na myśli dane telemetryczne, które są jakby podstawą do tych wszystkich wybuchów radości jeśli wszystko dobrze poszło. Kiedy tak naprawdę jest to potwierdzenie, że dana część procedury została zrealizowana.
No powiedzmy tak, że łazik wie wcześniej niż my tutaj na Ziemi, iż udało mu się wykonać dane zadanie. Rzeczywiście jest tak, że my informację o tym sukcesie, jak mamy wszyscy nadzieję, dostaniemy z kilkuminutowym opóźnieniem. Łazik komunikuje się z Ziemią poprzez system łączności. Na pokładzie tego łazika akurat zamontowane są trzy zestawy komunikacyjne. Jeden zestaw służy do przesyłania tych dużych ilości danych. Czyli wszystkie te zdjęcia, które będziemy mieli okazję zobaczyć, pochodzące z łazika, są przesyłane najpierw na orbitery, które są wokół Marsa, a później z tych właśnie sond te dane są przesyłane na Ziemie. Pozostałe systemy komunikacji komunikują się z Ziemią już bezpośrednio, jednak ilość danych, które są przesyłane za pomocą tych dwóch zestawów komunikacji bezpośredniej jest dużo, dużo mniejsza. Proszę sobie wyobrazić, że mamy na pokładzie łazika i szereg kamer, i szereg instrumentów badawczych. Mamy także mikrofony, co jest pewną nowością. To będzie bardzo interesujące, nie tylko dla społeczności naukowej, ale w ogóle dla dla ludzi, którzy chcą poczuć niemalże jak to jest, kiedy lądowaliby na Marsie. Łazik został wyposażony w szereg czujników i dane z tych czujników właśnie będą przesłane na Ziemię za pomocą tego systemu komunikacji, gdzie mamy pośrednika w postaci sondy, która krąży wokół Marsa. Są to bardzo duże ilości danych, stąd też taki dwustopniowy system komunikacji z łazikiem. Tak, że rzeczywiście łazik wie wcześniej, niż my tutaj na Ziemi, że dane zadanie zostało wykonane. To opóźnienie może liczyć czasami nawet kilkanaście minut.
Wspomniał pan o tym, że do przesyłania danych będą wykorzystywane sondy orbitujące wokół Marsa, to są sondy z różnych generacji, Mars Odyssey Orbiter, Mars Reconnaissance Orbiter. To pokazuje jak niezwykle ważne jest zachowanie kompatybilności między tymi układami. Sprzęt, oprogramowanie idzie do przodu, a jednak pewne mechanizmy muszą być utrzymane w taki sposób, żeby te systemy sprzed 10, czasem nawet więcej lat, mogły dalej pośredniczyć przy tym przekazie informacji.
Tak oczywiście, sektor kosmiczny i my tutaj w GMV tworząc oprogramowanie dla sektora kosmicznego, tworzymy je według pewnych standardów. I to są standardy, które obowiązują w misjach międzynarodowych, ale też w misjach narodowych, tak jak mamy tutaj, w przypadku tej misji. I rzeczywiście tak jest, że te standardy nie zmieniają się z roku na rok. One są utrzymywane przez kilka lat, przez kilkanaście lat, no właśnie dzięki temu możemy używać starszych sond czy też orbiterów do komunikacji z nowoczesnymi urządzeniami, które właśnie lądują na powierzchni Marsa, czy też będą kiedyś lądować na powierzchni Księżyca. To też pokazuje, w jaki sposób buduje się całe misje kosmiczne, cała misje na inne planety. Inżynierowie, którzy projektują te misje, myślą w perspektywie kilkunastu, kilkudziesięciu lat, tak właśnie, żeby zaprojektować kompleksowo całe rozwiązanie, a nie jedną misję, która nie będzie współpracowała z całym ekosystemem, który gdzieś już jest zbudowany.
