NASA testuje zaawansowane rozwiązania dla łazików księżycowych i marsjańskich, wykorzystując czterokołowy prototyp ERNEST, który podczas terenowej kampanii na pustyni w południowej Kalifornii przejechał około 26 kilometrów. Jak informuje redakcja TopFlop, powołując się na komunikat Jet Propulsion Laboratory, pojazd poruszał się przez 37 godzin przy minimalnej ingerencji zespołu inżynierów.
Test przeprowadzony w marcu 2026 roku miał zweryfikować nie tylko mechaniczną zdolność łazika do pokonywania stromych zboczy, stopni, luźnego piasku i rumowisk. NASA sprawdzała również system autonomicznego podejmowania decyzji, który ma pozwolić przyszłym robotom samodzielnie wybierać trasę, rozpoznawać przeszkody i dostosowywać sposób jazdy do warunków panujących na Księżycu lub Marsie.
ERNEST przejechał 26 kilometrów po pustyni
ERNEST, czyli Exploration Rover for Navigating Extreme Sloped Terrain, powstał w Jet Propulsion Laboratory NASA w południowej Kalifornii. Prototyp ma około 1,2 metra długości, cztery sterowane koła oraz prostokątny moduł obserwacyjny zamontowany na maszcie o wysokości około 1,4 metra.
Podczas siedmiodniowej kampanii terenowej pojazd pracował o różnych porach doby. Inżynierowie prowadzili testy za dnia, o świcie, po zachodzie słońca i w nocy, aby sprawdzić działanie systemów w zmiennych warunkach oświetleniowych.
Ma to szczególne znaczenie dla przyszłej eksploracji regionów polarnych Księżyca. Nisko położone nad horyzontem Słońce tworzy tam długie, głębokie cienie, które mogą utrudniać kamerom rozpoznawanie skał, zagłębień i stromych krawędzi terenu.
W czasie testów ERNEST osiągał prędkość do około jednego kilometra na godzinę. Według JPL jest to wartość o rząd wielkości wyższa od maksymalnej prędkości, z jaką łaziki Curiosity i Perseverance mogą bezpiecznie prowadzić autonomiczną nawigację.
Najważniejsze parametry terenowego testu ERNEST:
- około 26 kilometrów całkowitego dystansu;
- 37 godzin jazdy;
- siedem dni przerywanych prób terenowych;
- prędkość maksymalna około jednego kilometra na godzinę;
- minimalna ingerencja operatorów;
- testy dzienne, nocne, o świcie i po zachodzie słońca;
- przejazdy po piasku, kamieniach, zboczach i nierównościach.
Issa Nesnas, główny technolog JPL odpowiedzialny za autonomię rozwijaną dla koncepcji przyszłego dalekodystansowego łazika księżycowego, wyjaśnił, że próby pomagają dopracować zarówno układ jezdny, jak i oprogramowanie potrzebne do pokonywania dużych odległości w zróżnicowanym terenie i oświetleniu.
NASA nie poinformowała, że ERNEST został już wybrany do konkretnej misji. Pojazd pełni funkcję platformy badawczej, na której testowane są rozwiązania mogące trafić do większego łazika projektowanego w przyszłości.
Aktywne zawieszenie pozwala podnosić każde koło
Jednym z najważniejszych elementów ERNEST jest aktywny układ zawieszenia. Pojazd może zmieniać rozkład masy pomiędzy kołami, podnosić je i wykonywać manewry, których nie potrafią obecne sześciokołowe łaziki marsjańskie.
Curiosity i Perseverance wykorzystują pasywne zawieszenie typu rocker-bogie. Konstrukcja ta, stosowana w amerykańskich łazikach marsjańskich od czasów pojazdu Sojourner, pozwala utrzymywać stosunkowo równomierny nacisk na sześć kół podczas przejazdu przez kamienie i nierówności.
System działa bez silników odpowiedzialnych za aktywne ustawianie poszczególnych części zawieszenia. Jest prosty, niezawodny i energooszczędny, ale ma ograniczenia podczas pokonywania szczególnie stromych lub wysokich przeszkód.
W ERNEST zastosowano dwa napędzane przeguby z przodu pojazdu. Sterują one mechanizmem, który pozwala zmieniać położenie kół i sposób przemieszczania się łazika.
Pojazd może między innymi:
- pełzać poprzez naprzemienne ruchy zawieszenia;
- wykonywać ruch przypominający chodzenie na kołach;
- podnosić koła nad przeszkodami;
- wspinać się na stopnie i rumowiska;
- przesuwać się bokiem;
- kierować każde z czterech kół;
- przełączać się między zawieszeniem aktywnym i pasywnym.
Tryb aktywny zwiększa zdolność pokonywania trudnego terenu, ale wymaga większej ilości energii. Mechanizm sprzęgła umożliwia przejście do pasywnego ustawienia zawieszenia na łatwiejszych odcinkach, gdzie ważniejsze jest ograniczenie zużycia energii.
Hari Nayar, główny technolog JPL kierujący zespołem ERNEST, podkreślił, że konstruktorzy chcieli sprawdzić, czy po trzech dekadach eksploatacji systemu rocker-bogie można opracować sprawniejszy układ mobilności planetarnej. W tym czasie rozszerzyła się wiedza dotycząca zachowania kół na luźnym gruncie, przyczepności oraz oddziaływania pojazdu z terenem.
Inżynierowie sprawdzili 11 konfiguracji zawieszenia
Obecna wersja ERNEST nie była pierwszym pojazdem zbudowanym w ramach projektu. Zespół przygotował wcześniej dwa mniejsze prototypy, z których każdy miał około 60 centymetrów długości.
Za ich pomocą sprawdzono 11 konfiguracji aktywnego zawieszenia. Próby prowadzono między innymi w przyczepie wypełnionej materiałem imitującym księżycowy regolit.
Przez kilka miesięcy inżynierowie zmieniali kąty nachylenia podłoża i obserwowali, jak poszczególne rozwiązania wpływają na stabilność, przyczepność oraz rozkład obciążenia. Dopiero po tych doświadczeniach wybrano konstrukcję zastosowaną w większym prototypie.
Budowę jego wyposażenia mechanicznego zakończono we wrześniu 2024 roku. Na tym etapie łazik wymagał jednak ręcznego sterowania. Operator musiał za pomocą kontrolera wydawać polecenia dotyczące jazdy i sposobu pokonywania przeszkód.
Aby ograniczyć zależność od człowieka, zespół rozpoczął rozwijanie autonomii opartej na uczeniu przez wzmacnianie. Jest to metoda sztucznej inteligencji, w której system uczy się poprzez wielokrotne próby oraz ocenę rezultatów wykonanych działań.
Sztuczna inteligencja trenowała tysiące godzin w symulatorze
Laboratorium Dynamics and Real-Time Simulation przy JPL przygotowało cyfrowe środowisko odwzorowujące zachowanie ERNEST. Model uwzględniał dane zebrane podczas fizycznych testów pojazdu na różnych rodzajach podłoża.
Inżynierowie dokumentowali reakcje kół, zawieszenia i całej konstrukcji na piasek, skały, stopnie, zbocza oraz zmieniające się obciążenia. Informacje wprowadzono następnie do symulatora o wysokiej dokładności.
Dzięki klastrowi obliczeniowemu możliwe było równoczesne uruchamianie wielu symulacji. W ciągu jednego weekendu system wykonywał niekiedy równowartość tysięcy godzin wirtualnych prób.
Takie podejście pozwalało analizować sytuacje, których powtarzanie w realnym terenie byłoby kosztowne, powolne albo mogłoby doprowadzić do uszkodzenia prototypu. Algorytmy uczyły się, kiedy należy podnieść koło, zmienić rozkład masy lub zastosować konkretny sposób jazdy.
Po kilku miesiącach wirtualnego treningu łazik trafił na tor przeszkód w Mars Yard, zewnętrznym poligonie JPL imitującym powierzchnię Marsa. Przygotowano tam piaszczyste fale, sterty kamieni, stopnie i strome zbocza.
ERNEST pokonywał trasę samodzielnie, wykorzystując wytrenowane algorytmy. Od tamtej pory pojazd zaliczył wiele podobnych prób, stopniowo zwiększających poziom trudności.
Łazik ma sam wybierać trasę i sposób przejazdu
Kolejny etap prac zakłada połączenie dwóch zdolności: dalekiego planowania trasy oraz autonomicznego sterowania aktywnym zawieszeniem.
Łazik powinien oceniać, czy przeszkoda jest możliwa do pokonania, a następnie samodzielnie wybierać odpowiedni manewr. Gdy teren okaże się zbyt niebezpieczny, system ma zaplanować objazd zamiast ryzykować zaklinowanie pojazdu albo utratę stabilności.
Takie rozwiązanie jest potrzebne podczas misji poza Ziemią ze względu na opóźnienia w komunikacji. Operatorzy nie mogą na bieżąco sterować łazikiem marsjańskim tak jak pojazdem znajdującym się na ziemskim poligonie. Polecenia i dane potrzebują czasu na przebycie odległości między planetami.
Większa autonomia może także zwiększyć dzienny dystans. Obecne łaziki często zatrzymują się, aby wykonać zdjęcia, przesłać dane i poczekać na analizę specjalistów, którzy przygotowują kolejną sekwencję komend.
James Keane, planetolog JPL pracujący przy misjach księżycowych, ocenił, że pojazd wykorzystujący testowane rozwiązania mógłby umożliwić prowadzenie naukowej wyprawy na dużych obszarach Księżyca lub Marsa.
Technologia dla miejsc dotąd niedostępnych
ERNEST ma pomóc NASA określić, czy możliwe jest zbudowanie pojazdu około dwukrotnie większego od prototypu, zdolnego do realizacji dalekodystansowej misji księżycowej.
Wyższa prędkość i sprawniejsze pokonywanie przeszkód mogłyby pozwolić naukowcom dotrzeć do kilku odległych stanowisk podczas jednej misji. Łazik mógłby badać różne warstwy geologiczne, kratery, zbocza oraz obszary znajdujące się poza zasięgiem obecnych konstrukcji.
Na Marsie podobne rozwiązania mogłyby ułatwić eksplorację stromych skarp, odsłoniętych warstw skalnych i terenu pokrytego luźnymi osadami. Na Księżycu aktywne zawieszenie i autonomiczna nawigacja byłyby przydatne w górzystych regionach polarnych, gdzie występują głębokie kratery, ostre różnice poziomów i trudne warunki oświetleniowe.
Prace nad ERNEST rozpoczęły się w 2022 roku. Początkowo były finansowane ze środków JPL przeznaczonych na wewnętrzne badania i rozwój. Projekt otrzymuje obecnie finansowanie z programu NASA Mars Exploration Program oraz z biura Exploration Science Strategy and Integration działającego w ramach Science Mission Directorate.
Jet Propulsion Laboratory jest zarządzane dla NASA przez California Institute of Technology w Pasadenie. Agencja traktuje ERNEST jako platformę testową, a nie gotowy pojazd przypisany do zatwierdzonej misji. Wyniki prób mogą jednak wpłynąć na konstrukcję przyszłych robotów przeznaczonych do badania miejsc, do których obecne łaziki nie są w stanie bezpiecznie dotrzeć.
Warto przeczytać także nasz kolejny materiał, w którym szerzej wyjaśniamy podobny temat: Artemis III 2027: NASA ujawnia załogę misji, która ma otworzyć drogę na Księżyc
Foto: NASA
