Новый подход снизит риск потери луноходов на солнечных батареях на Луне
НАСА и другие космические агентства по всему миру периодически отправляют роботов и автоматизированные транспортные средства в космос для исследования планет и других небесных объектов в нашей Солнечной системе. Эти миссии могут значительно улучшить наше понимание окружающей среды и ресурсов в других частях Солнечной системы.
Исследователи из Института аэрокосмических исследований Университета Торонто и Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) недавно провели исследование, изучающее стратегии, которые могли бы повысить эффективность и успех исследований Луны с использованием луноходов на солнечных батареях. Их статья, предварительно опубликованная на arXiv, представляет новый подход, который мог бы помочь луноходам на солнечных батареях безопасно покидать постоянно затененные области на Луне.
Луноходы на солнечных батареях могут иметь множество преимуществ с точки зрения энергоэффективности, однако их эксплуатация ограничена использованием солнечного света. Поскольку некоторые районы на Луне постоянно находятся в тени, зависимость луноходов от солнечного света может помешать им безопасно исследовать и затем покидать эти области.
Ключевой целью недавней работы ученых была количественная оценка вероятности потери луноходов на солнечных батареях при исследовании затененных областей Луны. Кроме того, команда хотела разработать подход, который мог бы помочь максимально увеличить вероятность того, что луноходы на солнечных батареях благополучно завершат свои миссии.
«Во-первых, нам нужно определить, что означает для лунохода на солнечной энергии быть «в безопасности» на южном полюсе Луны», — объяснил исследователь Оливье Ламарр. — «Чтобы сделать это, мы обращаем внимание на то, где луноход выходит из постоянно затененной области, в какое время и с каким количеством энергии в батареях. Это дает представление о том, сможет ли луноход впасть в спячку на месте перед следующим этапом своей миссии (и, таким образом, оставаться «в безопасности» до тех пор). Затем мы вычисляем метод онлайн-планирования прохождения, которому луноход может следовать из любого исходного состояния, чтобы максимизировать вероятность его выживания».
Методология планирования, изложенная Ламарром и его коллегами, называется политикой восстановления, поскольку, по сути, это запасная стратегия, которая позволяет луноходу максимально увеличить шансы достичь «безопасности» (т.е. регионов, где солнечный свет достигнет его, подзаряжая его аккумулятор). В своей статье исследователи показали, что расчет этой политики восстановления может быть сложной задачей в данном контексте.
«Например, время — это непрерывное измерение нашего пространства состояний, которое необходимо дискретизировать», — сказал Ламарр. — «Нам нужно убедиться, что эта аппроксимация/дискретизация не приводит к опасному искажению прогнозов вероятности сбоя. На южном полюсе Луны солнечное освещение очень динамично; близлежащие горы и кратеры могут отбрасывать большие тени на поверхность. Если луноход немного отстает от графика по сравнению с тем, что предполагает (приблизительная) политика, он может пропустить критический период зарядки от солнечной энергии. То же самое верно, если он немного опережает график по сравнению с тем, что предполагает политика».
Поскольку эти факторы сильно влияют на надежность политики восстановления луноходов на солнечных батареях, Ламарр и его коллеги придерживались крайне консервативных подходов. Это в конечном счете сводит к минимуму риск неудачи, одновременно повышая вероятность того, что луноход останется в безопасности во время реальных миссий.
«Мы считаем, что такой подход полезен во многих отношениях», — сказал Ламарр. — «Во-первых, это шаг к алгоритмам планирования автономной мобильности на большие расстояния, которые проактивно учитывают риски, связанные с луноходами на солнечных батареях. Кроме того, наша методика могла бы стать полезным инструментом для людей-операторов при разработке новых миссий луноходов на южном полюсе Луны (ее можно было бы использовать для выбора места посадки, глобального планирования пересечения и прогнозирования рисков и многого другого) или даже для поддержки текущей миссии с помощью операции «Земля в цикле».»
В будущем политика восстановления, предложенная этой командой исследователей, может быть применена к реальным исследовательским миссиям на Луне, чтобы снизить риск потери луноходов на солнечных батареях в затененных регионах.
