Hlavní navigace

Vrtulníček Ingenuity na Marsu pohání Linux, dláždí cestu jako kdysi Pathfinder

26. 2. 2021
Doba čtení: 6 minut

Sdílet

 Autor: Depositphotos
S přistáním mise vozítka Perseverance a malého autonomního vrtulníku Ingenuity se stal Mars druhou planetou v tomto vesmíru, kde má Linux větší zastoupení než Windows.

O úspěšném přistání mise na Marsu jsme informovali před pár dny. Zajímavá je prakticky ve všech svých aspektech, a to v četně již zmíněného autonomního vrtulníku Ingenuity, kterou pohání Linux. Ve stručnosti rovnou odbuďme, že vozítko Perseverance je na tom podobně jako předchůdci a běží na uzavřeném OS od WindRiver. Názor na WindRiver hezky vyjádřil už před 12 lety Matt Olander z (tehdy) PC-BSD.

Průzkum Marsu

Mise Perseverance je součástí dlouhodobého projektu NASA Mars Exploration Program, který byl zformován před téměř 30 lety. Jeho cílem je průzkum planety Mars. Jako vše v NASA od přistání na Měsíci, i Mars Exploration Program se potýká s neustále ořezávanými financemi, přesto si připsal některé vysoce úspěšné mise, z nichž zmiňme zejména vozítka Spirit a Opportunity, které povrch čtvrté planety brázdily od ledna 2004, a to po dobu téměř 2700, resp. téměř 5500 dnů (7+ let, resp. 15 let).

Nadále u Marsu působí Mars Reconnaissance Orbiter, a to od března 2006, dále pak též velmi úspěšné vozítko Curiosity (od srpna 2012), z běžících misí pak ještě doplňme sondu MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) či robotický přistávací modul InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport). Nejnověji je to právě vozítko Perseverance s vrtulníkem Ingenuity.

Doplňme, že po řadě mimo jiné amerických a sovětských misí z historie nyní kolem Marsu krouží též čínská mise Tianwen-1 (od 10. února), jejíž přistávací modul s vozítkem by měli na povrch planety dosednout v květnu tohoto roku. Marsovskou atmosféru v těchto týdnech také zkoumá mise Hope Spojených arabských emirátů, jejíž sonda byla vyvinuta v Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) na University of Colorado Boulder s podporou Arizona State University (ASU) University of California, Berkeley a o vynesení do kosmického prostoru se postarala japonská společnost Mitsubishi Heavy Industries.

Mars 2020

Mise Mars 2020, kterou realizuje NASA s JPL (Jet Propulsion Laboratory) startovala koncem července 2020 z Cape Canaveral, komplexu SLC-41, odkud startovaly v 70. letech například sondy Voyager. O vynesení se postarala United Launch Alliance (společný podnik Lockheed Martin Space a Boeing Defense, Space & Security) s raketou Atlas V 541 (Atlas V vynáší náklady už téměř 20 let).

Jde o dvoustupňovou raketu, kde první stupeň využívá spolehlivé ruské motory RD-180 spalující směs vysoce rafinovaného petroleje a tekutého kyslíku. Druhý stupeň pohání motory RL10, které spalují směs kryogenicky podchlazeného tekutého vodíku (vodík se stává tekutým pod mezní teplotou 33 K) a tekutého kyslíku. RD-180 se používají 20 let a jsou evolucí legendárních motorů RD-170 pro nosnou superraketu Eněrgija, která měla vynášet raketoplán Buran (jehož jediný let proběhl v listopadu 1988), RL10 se používají přes půl století (dokonce s ním měly létat americké Raketoplány, ale tyto práce pohřbila havárie Challengeru).

K Marsu tedy dorazila sonda po přibližně sedmi měsících letu a 18. února nastalo oněch sedm minut hrůzy sestupného a přistávacího manévru vozítka Perseverance, na jehož bříšku je připevněn autonomní vrtulník Ingenuity. Manévr byl úspěšný, Perseverance na Marsu nyní již operuje a pořizuje první snímky. Blíží se další důležitý krok ne pro tuto misi, ale pro budoucí mise na Mars, které by měly využívat letové stroje ve větší míře.

Experimentální technologický demonstrátor Ingenuity

Cílů má Ingenuity téměř nulové množství. Jde totiž o první pokus o provoz létajícího stroje na jiné planetě, který slouží jako demonstrátor technologických schopností, kdy na základě jím sesbíraných dat budou vyvíjeny budoucí létající stroje, které Rudou planetu navštíví. Nenese žádné vědecké přístroje.

Cílem projektu Ingenuity je otestovat systém vrtulového pohonu a pohybu ve velmi řídké atmosféře Marsu v teplotách kráteru Jezero, které se pohybují kolem –90 °C. Vůbec prvním cílem je prosté přežití mrazivé marťanské noci. Vše ostatní bude otázkou kombinace dvou protichůdných faktorů pro let: velmi řídká atmosféra s hustotou zhruba 1 % oproti Zemi, ale současně jen zhruba třetinová gravitační síla.

Ingenuity se pokusí o celkem pět letových zkoušek v okně 30 marsovských dnů (zhruba 31 pozemských dnů). Baterie Ingenuity je průběžně dobíjena ze systémů vozítka Perseverance. Testy přitom proběhnou autonomně, neb s ohledem na vzdálenost Země-Mars je nemožné přímé řízení. To, co předvedli Sověti s Lunochody v 70. letech 20. století, bylo asi maximum možného.

Ze Země budou stroji pouze zaslány rámcové pokyny a Ingenuity sám bude na jejich základě a na základě dat z vlastních snímačů rozhodovat. Tady mě jako jediné vhodné srovnání napadá, že kdo četl Setkání s Rámou a pasáže o přeletu do vzdálenějších oblastí Rámy, tak si dokáže udělat dobrou představu o balancování parametrů, které NASA i Ingenuity čeká.

Autonomie létání stroje bude spoléhat na data z rozličných zdrojů (gyroskopy, akcelerometry zabudované v použitém SoC), kamery, výškoměru (laserový od SparkFun) a sklonoměru, které budou vyhodnocovány několiksetkrát za sekundu (obraz 30× za sekundu). Pohyb v prostoru bude probíhat samozřejmě za pomocí natáčení listů vrtulí. Ingenuity také nese běžný 13Mpix fotomodul, se kterým snad pořídí nějaké hezké letové fotografie.

Energetický cyklus je vymyšlen tak, že je k dispozici maximálně zhruba 90sekundový let, po němž následuje dobíjení akumulátorů po zbytek dne. Proběhne tedy jeden let denně. Akumulátory v Ingenuity mají kapacitu na úrovni 35–40 Wh, přičemž celé dvě třetiny energie se spotřebovávají na ohřev baterií pro přečkání noci a pouze třetina na samotný let.

Konstrukce musela být co nejlehčí, pročež vrtule tvoří pěnový vnitřek pokrytý uhlíkovými vlákny a tělo Ingenuity pak elektronika obalená vzduchotěsně fólií a vnitřek je vyplněn CO2 jako tepelným izolátorem. Ingenuity (i vše další) musela při startu vydržet přetížení až 80 G a následně několik měsíců letu ve volném vesmíru s radiací.

Zajímavost: Ingenuity používá relativně běžný hardware, jehož srdcem je ARM SoC Qualcomm Snapdragon 801. Jde o starý 28nm čip z roku 2014 se čtveřicí 32bitových jader, disponující dvěma ISP a podporou pro až 21Mpix foto, resp. 4k/30fps video. Na něm běží Linux. Software, který let řídí, byl vyvinut už před lety pro minisatelity CubeSats a jeho kód se následně stal open-source (viz GitHub).

Zjednodušeně řečeno tedy: NASA vyslala na Mars několik let starý chytrý telefon s vlastním operačním systémem na bázi Linuxu a speciálním softwarem pro autonomní operace v atmosféře Rudé planety.

rozhovoru s Timem Canhamem z NASA/JPL doplňme pár věcí.

Autonomie Ingenuity funguje následovně: stroj de facto vykonává zadané sekvence. V JPL napíší kód toho, co má udělat jako sekvenci příkazů, vše se ověří na simulátoru, následně pošle na Mars. Části letu tak budou přednastaveny na Zemi. Pak se jen vrtulníku řekne, kdy má program spustit, on ve správný čas odstartuje, přeletí nad různými cíli a opět přistane.

Hacking tip

Neznamená to, že by Ingenuity měl volnost ve výběru cílů či jednotlivých bodů letu. Ale jeho let není přímo řízen a nejde tedy o ryze pasivní stroj reagující přímo na podněty operátora (pilota). Na rozvoj plné autonomie zkrátka zatím nebylo dost času ani zkušeností. Ingenuity má ale na triku uhlídání, aby se například držel zadané trajektorie letu bez ohledu na aktuální povětrnostní podmínky. Pokud však dojde k selhání některého ze senzorů (potřeba jsou vždy údaje ze všech tří systémů), Ingenuity není připraven si s s tím operativně poradit či to nějak vykompenzovat. Prostě přistane, sdělí Zemi, co se stalo a bude na operátorech, aby si s tím něco dělali.

V tomto ohledu spíše připomíná původní Pathfinder – a jak daleko jsme se od něj dodnes dostali.

Autor článku

Příznivec open-source rád píšící i o ne-IT tématech. Odpůrce softwarových patentů a omezování občanských svobod ve prospěch korporací.