Працюючи разом без прямого втручання людини, три місяцеходи розміром з ручну поклажу кожен складатимуть карту місячної поверхні в 3D, використовуючи камери та георадар.
NASA відправляє три мініатюрні всюдиходи на Місяць, щоб перевірити, наскільки добре вони можуть взаємодіяти один з одним без прямої участі диспетчерів місії на Землі. Проєкт CADRE (Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration) – експеримент, орієнтований на командну роботу з демонстрації нових технологій, – це ще один крок, який агентство робить у напрямку розробки роботів, які, працюючи автономно, можуть підвищити ефективність майбутніх місій. Проводячи одночасні вимірювання в кількох місцях, місяцеходи мають показати, як місії з кількома роботами можуть потенційно сприяти новим науковим дослідженням або підтримувати астронавтів.
Наразі планується, що в рамках ініціативи NASA CLPS (Commercial Lunar Payload Services) у 2024 році три невеликі місяцеходи CADRE прибудуть на борту посадкового модуля на поверхню Місяця в район Reiner Gamma. Після посадки чотириколісні ровери розміром приблизно з невелику ручну валізу будуть спущені з посадкового модуля на місячну поверхню за допомогою тросів та поїдуть у пошуках зручного місця, де вони розкриють свої сонячні батареї та зарядяться. Потім вони протягом повного місячного дня (близько 14 земних днів) проводитимуть експерименти, призначені для перевірки їхніх можливостей.
«Наша місія полягає в тому, щоб продемонструвати, що мережа мобільних роботів може співпрацювати під час виконання завдання без втручання людини – автономно, – сказав Субха Командур, керівник проєкту CADRE в Лабораторії реактивного руху (JPL) NASA. – Це може змінити те, як ми проводитиме розвідку в майбутньому. Питання для майбутніх місій буде таким: «Скільки місяцеходів ми відправимо і що вони будуть робити разом?»».
Диспетчери місії на Землі надішлють загальну директиву на базову станцію місяцеходів, розташовану на борту посадкового модуля заввишки 13 футів (4 м). Потім команда маленьких роботів обере «лідера», який, у свою чергу, розподілить між ними робочі завдання для досягнення спільної мети. Кожен місяцехід визначить, як найкраще безпечно виконати поставлене завдання.
«Єдиною інструкцією буде, наприклад, «Ідіть досліджуйте цей регіон», а ровери визначать усе інше: коли вони будуть їхати, яким шляхом вони підуть, як вони маневруватимуть навколо місцевих небезпек, – сказав Жан-П’єр де ла Круа з JPL, головний дослідник CADRE. – Ви лише говорите їм про кінцеву мету, і вони повинні визначити, як її досягти».
Місяцеходи пройдуть кілька випробувань – усі в полі зору камери спостереження на базовій станції на посадковому модулі. Перше полягає в тому, щоб рухатися групою та залишатися на курсі, використовуючи надширокосмугові радіостанції для підтримання своїх взаємних позицій, а також одночасно уникати перешкод, покладаючись на датчики. У другому експерименті кожен з місяцеходів пройде власним шляхом, щоб досліджувати визначену територію площею приблизно 4300 квадратних футів (400 м2), створюючи топографічну 3D-карту за допомогою стереокамер. У рамках проєкту також оцінюватиметься, наскільки добре команда адаптується, якщо місяцехід із якоїсь причини перестане працювати. Успіх означатиме, що місії з кількома роботами є хорошим вибором для дослідження небезпечної, але корисної з наукової точки зору місцевості.
І хоча місія CADRE не зосереджена на проведенні наукових досліджень, всюдиходи будуть оснащені мультистатичними георадарами. Рухаючись групою, кожен місяцехід прийматиме відбиті радіосигнали, що посилаються іншими, створюючи тривимірне зображення структури надр на глибині до 33 футів (10 м). Разом вони можуть зібрати повніші дані, ніж сучасні георадари, наприклад, як RIMFAX (Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment), що встановлений на марсоході NASA Perseverance.
«Ми побачимо, як кілька роботів, працюючи разом та виконуючи численні вимірювання в різних місцях одночасно, можуть записувати дані, які неможливо отримати за допомогою одного робота, – сказав Командур. – Це може змінити підходи до проведення наукових досліджень».
Але в місії CADRE є щось більше, ніж тестування автономності та здатності до командної роботи: місяцеходи також повинні вижити в суворому тепловому середовищі біля екватора Місяця, що створює проблеми для таких маленьких роботів. У пекучому сонячному світлі ровери можуть зіткнутися з полуденною температурою до 237 градусів за Фаренгейтом (114°С). Виготовлені з комбінації комерційних серійних деталей і спеціально виготовлених компонентів, місяцеходи повинні бути достатньо міцними, щоб витримати денну спеку, будучи компактними та легкими.
У той же час, вони повинні мати обчислювальні потужності для запуску розробленого JPL програмного забезпечення спільної автономності. Це складний баланс: місяцеходи та базова станція проєкту отримують свою обчислювальну потужність від невеликого процесорного чіпа (такого, як процесор класу мобільних телефонів наступного покоління всередині марсіанського вертольоту Ingenuity), але використання процесора сприяє нагріванню.
Щоб місяцеходи не перегрівалися, команда CADRE придумала креативне рішення: 30-хвилинні цикли активності-сну. Кожні півгодини ровери вимикатимуться, охолоджуватимуться через радіатори та перезаряджатимуть батареї. Коли вони одночасно «прокидатимуться», вони ділитимуться один з одним інформацією про свій стан через радіомережу (багато в чому схожу на домашню мережу Wi-Fi) і ще раз обиратимуть лідера на основі того, хто найкраще підходить для виконання поставленого завдання. Потім вони вирушатимуть на черговий етап дослідження Місяця.
