Kad višemilionsko svemirsko vozilo zaglavi u mekanom pijesku ili šljunku, kao što se dogodilo roveru Spirit na Marsu 2009. godine, inženjeri sa Zemlje preuzimaju kontrolu, poput virtuelne vučne službe. Izdaju niz naredbi kako bi pomjerili točkove ili promijenili pravac kretanja u pažljivo isplaniranom, dugotrajnom pokušaju da oslobode vozilo i nastave misiju istraživanja.
Iako je Spirit ostao trajno zaglavljen, u budućnosti bi preciznije testiranje terena na Zemlji moglo spriječiti slične svemirske nezgode.
Koristeći kompjuterske simulacije, mašinski inženjeri s Univerziteta Wisconsin-Madison otkrili su grešku u načinu na koji se roveri testiraju na Zemlji. Ta greška dovodi do previše optimističnih zaključaka o tome kako će roveri zapravo funkcionisati na vanzemaljskim misijama.
Jedan od ključnih elemenata priprema za takve misije jeste tačno razumijevanje kako će se rover kretati po vanzemaljskim površinama pod niskom gravitacijom – kako bi se spriječilo zaglavljivanje u mekom ili kamenitom tlu.
Na Mjesecu je gravitacija šest puta slabija nego na Zemlji. Godinama su istraživači tu razliku kompenzirali tako što su pravili prototipove rovera koji imaju tek šestinu mase stvarnog vozila. Testirali su ih u pustinjama, prateći kako se kreću po pijesku, ne bi li došli do saznanja o ponašanju rovera na Mjesecu.
Ipak, ispostavilo se da je ovaj standardni pristup testiranju zanemario jedan naizgled nebitan detalj – utjecaj Zemljine gravitacije na pijesak.
Kroz simulacije, profesor mašinstva Dan Negrut s Univerziteta Wisconsin-Madison i njegovi saradnici otkrili su da gravitacija na Zemlji mnogo jače djeluje na pijesak nego što je to slučaj na Marsu ili Mjesecu. Na Zemlji je pijesak tvrđi i stabilniji – smanjujući vjerovatnoću da će se pomjeriti pod točkovima vozila. Površina Mjeseca, međutim, „mekša“ je i lakše se pomjera, što rovere ostavlja s manje prijanjanja i otežava njihovu pokretljivost.
„Kada se osvrnemo, ideja je zapravo jednostavna: moramo uzeti u obzir ne samo gravitaciju koja djeluje na rover, već i način na koji gravitacija utječe na pijesak, kako bismo dobili realniju sliku o ponašanju rovera na Mjesecu“, kaže Negrut. „Naši nalazi pokazuju koliko je važno koristiti fizički precizne simulacije u analizi kretanja rovera po rastresitom tlu.“
Tim je svoje nalaze nedavno objavio u časopisu Journal of Field Robotics.
Do otkrića su došli radeći na NASA-inom projektu simulacije rovera VIPER, koji je planiran za lunarnu misiju. Koristili su Project Chrono, softver otvorenog koda za fizičke simulacije koji su razvili u saradnji s naučnicima iz Italije. Ovaj softver omogućava brzo i precizno modeliranje složenih mehaničkih sistema – poput punih rovera koji se kreću po „mekom“ pijesku ili zemljištu, piše Science Daily.
Tokom simulacije rovera VIPER, uočene su razlike između rezultata testiranja na Zemlji i rezultata simulacije njegovog kretanja na Mjesecu. Detaljnije analize pomoću Chrono-a otkrile su grešku u testiranju.
Prednosti ovog istraživanja prevazilaze NASA-u i svemirska putovanja. Na Zemlji, Chrono se koristi u stotinama organizacija za razumijevanje složenih mehaničkih sistema – od preciznih ručnih satova do vojnih kamiona i tenkova u terenskim uslovima.
„Lijepo je znati da je naše istraživanje korisno za rješavanje stvarnih inženjerskih izazova“, kaže Negrut. „Ponosan sam na ono što smo postigli. Rijetko je da jedan univerzitetski laboratorij napravi softver industrijske snage koji koristi NASA.“
Chrono je besplatan i javno dostupan širom svijeta, ali tim s UW-Madison ulaže ogroman trud u njegovo održavanje, razvoj i podršku korisnicima.
„Veoma je neobično da akademska zajednica proizvede softver ovog nivoa“, ističe Negrut. „Postoje aplikacije važne za NASA-u i istraživanje planeta koje naš simulator može riješiti, a drugi ne mogu, čak ni alati velikih tehnoloških kompanija, i to je uzbudljivo.“
Kako je Chrono softver otvorenog koda, Negrut i njegov tim fokusirani su na stalne inovacije kako bi zadržali prednost.
„Sve naše ideje su javne i konkurencija ih može brzo preuzeti, što nas motiviše da stalno napredujemo“, kaže on. „Imali smo sreću da smo u proteklih deset godina imali podršku Nacionalne naučne fondacije, Istraživačkog ureda američke vojske i NASA-e. To je zaista napravilo razliku, jer korištenje našeg softvera nikome ne naplaćujemo.“
Koautori na ovom radu su Wei Hu sa Univerziteta Shanghai Jiao Tong, Pei Li s UW-Madison, Arno Rogg i Alexander Schepelmann iz NASA-e, Samuel Chandler iz kompanije ProtoInnovations, LLC, i Ken Kamrin s MIT-a.