Der Mars-Rover Perseverance der NASA versucht, in einem einzigen Monat eine größere Distanz zurückzulegen als jeder Rover zuvor – und das mithilfe künstlicher Intelligenz. Auf dem vor uns liegenden Weg befinden sich Sandgruben, Krater und Felder mit scharfen Felsen, die der Rover alleine umfahren muss. Am Ende der 5 Kilometer langen Reise, die am 14. März 2022 begann, wird Perseverance ein uraltes Flussdelta im Jezero-Krater erreichen, wo vor Milliarden von Jahren ein See existierte.
Dieses Delta ist einer der besten Orte auf dem Mars, an dem der Rover nach Anzeichen von vergangenem mikroskopischem Leben suchen kann. Mit einem Bohrer am Ende seines Roboterarms und einem komplexen Probensammelsystem in seinem Bauch sammelt Perseverance Gesteinskerne für die Rückkehr zur Erde – der erste Teil der Mars Sample Return-Kampagne.
„Das Delta ist so wichtig, dass wir beschlossen haben, die wissenschaftlichen Aktivitäten zu minimieren und uns darauf zu konzentrieren, schneller dorthin zu fahren“, sagte Ken Farley von Caltech, Projektwissenschaftler von Perseverance. „Wir werden während dieser Fahrt viele Bilder des Deltas machen. Je näher wir kommen, desto beeindruckender werden diese Bilder.“
Das Wissenschaftsteam wird diese Bilder nach den Felsen durchsuchen, die es schließlich mit den Instrumenten am Arm von Perseverance genauer untersuchen möchte. Sie werden auch nach den besten Routen suchen, die der Rover nehmen kann, um das 130 Fuß hohe (40 Meter hohe) Delta zu besteigen.
Aber zuerst muss Beharrlichkeit dorthin gelangen. Der Rover wird sich dabei auf sein selbstfahrendes AutoNav-System verlassen, das bereits beeindruckende Streckenrekorde aufgestellt hat. Während alle Mars-Rover der NASA über Selbstfahrfähigkeiten verfügten, hat Perseverance die bisher fortschrittlichste.
„Selbstfahrende Prozesse, die auf einem Rover wie Opportunity Minuten gedauert haben, laufen auf Perseverance in weniger als einer Sekunde ab“, sagte der erfahrene Roverplaner und Flugsoftwareentwickler Mark Maimone vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, das die Mission leitet. „Weil autonomes Fahren jetzt schneller ist, können wir mehr zurücklegen, als wenn Menschen jede Fahrt programmieren würden.“
Der Mars-Rover Perseverance der NASA wird der vorgeschlagenen Route zum Delta des Jezero-Kraters folgen, die in dieser Animation gezeigt wird. Das Delta ist einer der wichtigsten Orte, die der Rover besuchen wird, wenn er nach Anzeichen für uraltes Leben auf dem Mars sucht. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS/University of Arizona
So funktioniert die Rover-Planung
Bevor der Rover rollt, schreibt ein Team von Mobilitätsplanungsexperten (Perseverance hat 14, die Schichten tauschen) die Fahrbefehle, die der Roboterforscher ausführen wird. Die Befehle erreichen den Mars über das Deep Space Network der NASA, und Perseverance sendet Daten zurück, damit die Planer den Fortschritt des Rovers bestätigen können. Für die Fertigstellung einiger Pläne sind mehrere Tage erforderlich, wie bei einer kürzlich durchgeführten Fahrt, die sich über etwa 1.673 Fuß (510 Meter) erstreckte und Tausende von einzelnen Rover-Befehlen umfasste.
Einige Laufwerke erfordern mehr menschliche Eingaben als andere. AutoNav ist nützlich für Fahrten über flaches Gelände mit einfachen potenziellen Gefahren – zum Beispiel große Felsen und Hänge – die für den Rover leicht zu erkennen und zu umgehen sind.
Denken beim Autofahren
AutoNav spiegelt eine Weiterentwicklung selbstfahrender Tools wider, die zuvor für die NASA-Rover Spirit, Opportunity und Curiosity entwickelt wurden. Was bei AutoNav anders ist, ist das „Denken während der Fahrt“ – es ermöglicht Perseverance, Bilder während der Fahrt aufzunehmen und zu verarbeiten. Der Rover navigiert dann basierend auf diesen Bildern. Ist der Felsbrocken zu nah? Wird sein Bauch in der Lage sein, diesen Felsen zu beseitigen? Was wäre, wenn die Räder des Rovers durchrutschen würden?
Verbesserte Hardware ermöglicht „Denken während der Fahrt“. Schnellere Kameras bedeuten, dass Perseverance schnell genug Bilder aufnehmen kann, um seine Route in Echtzeit zu verarbeiten. Und im Gegensatz zu seinen Vorgängern verfügt Perseverance über einen zusätzlichen Computer, der ausschließlich der Bildverarbeitung gewidmet ist. Der Computer basiert auf einem supereffizienten Einzweck-Mikrochip, der als feldprogrammierbares Gate-Array bezeichnet wird und sich hervorragend für die Computer-Vision-Verarbeitung eignet.
„Bei früheren Rovern bedeutete Autonomie, langsamer zu werden, weil die Daten auf einem einzigen Computer verarbeitet werden mussten“, sagte Maimone. „Dieser zusätzliche Computer ist wahnsinnig schnell im Vergleich zu dem, was wir in der Vergangenheit hatten, und wenn er für das Fahren reserviert ist, müssen Sie keine Rechenressourcen mit über 100 anderen Aufgaben teilen.“
Natürlich sind Menschen während AutoNav-Fahrten nicht völlig aus dem Bild. Sie planen die grundlegende Route immer noch anhand von Bildern, die von Missionen wie dem Mars Reconnaissance Orbiter der NASA aus dem Weltraum aufgenommen wurden. Dann markieren sie Hindernisse wie potenzielle Sandfallen, denen Perseverance ausweichen kann, und zeichnen „draußen bleiben“- und „dort bleiben“-Zonen, die ihm beim Navigieren helfen.
Ein weiterer großer Unterschied ist das Raumgefühl von Perseverance.
Das autonome Navigationsprogramm von Curiosity hält den Rover in einer Sicherheitsblase, die 5 Meter breit ist. Wenn Curiosity zwei Felsen entdeckt, die beispielsweise 4,5 Meter voneinander entfernt sind – eine Lücke, die es leicht überwinden könnte –, wird es trotzdem anhalten oder um sie herumfahren, anstatt zu riskieren, hindurchzukommen.
Aber die Blase von Perseverance ist viel kleiner: Auf jedem der sechs Räder des Rovers ist eine virtuelle Box zentriert. Der neueste Mars-Rover hat ein feineres Verständnis für das Gelände und kann selbstständig um Felsbrocken herumkommen.
„Als wir den Jezero-Krater zum ersten Mal als Landeplatz betrachteten, waren wir besorgt über die dichten Felsenfelder, die wir über den Kraterboden verstreut sahen“, sagte Maimone. „Jetzt sind wir in der Lage, Felsen zu umgehen oder sogar zu überbrücken, die wir vorher nicht hätten erreichen können.“
Während frühere Rover-Missionen beim Erkunden entlang ihres Weges ein langsameres Tempo nahmen, bietet AutoNav dem Wissenschaftsteam die Möglichkeit, zu den Orten zu gelangen, die sie am meisten priorisieren. Das bedeutet, dass sich die Mission mehr auf ihr Hauptziel konzentriert: die Proben zu finden, die die Wissenschaftler schließlich zur Erde zurückbringen wollen.