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软件找到了粘在火星着陆的最佳方式

通过麻省理工学院的Jennifer Chu说|2018年9月26日

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选择前往火星的流浪者的着陆位点是一个漫长的过程,通常涉及大型科学家和工程师委员会。这些委员会通常花费几年来称重使特派团的科学目标免受车辆的工程限制,以识别科学上有趣和降落的安全性。

例如,特派团的科学团队可能希望探索某些地质遗址,了解水,生命和居民的迹象。但工程师可能会发现这些网站太陡峭地陡峭地落下了陆地登陆,或者在落地后,该地点可能不会收到足够的阳光,以便为车辆的太阳能电池供电。找到合适的着陆地点因此,涉及通过过去火星任务多年来收集的信息。这些数据虽然每次使命越来越多,但都是拼凑和不完整的。

现在,麻省理工学院的研究人员开发了一种计算机辅助发现的软件工具,可以帮助任务规划者做出这些决定。它利用现有的火星地质和地形数据,以及用户可以指定的科学优先级和工程限制条件列表,自动生成有利着陆点的地图。

例如,用户可以规定探测器应该落在它可以探索某些地质目标的网站上,例如开放式盆地。与此同时,着陆场地不应超过一定的斜坡,否则车辆将在试图降落时倾斜。然后,程序生成符合两个约束的着陆站点的“有利地图”。这些位置可以随着用户添加其他规范而转换和更改。

该程序还可以铺设可能从给定的着陆站点到某些地质特征的路径。例如,如果用户指定ROVER应该探索沉积岩敞口,则该程序会产生任何此类附近结构的路径,并计算到达其需要的时间。

MIT Kavli Astrophli Astrophli研究所的主要研究科学家Victor Pankratius表示,特派团规划者可以利用该计划快速有效地考虑不同的着陆和探索情景。

“这永远不会取代实际的委员会,但它可以使事情更有效,因为你可以在你说话的时候玩不同的场景,”Pankratius说。

该团队的研究于8月31日在线发布地球与空间科学也是该杂志9月8日网络版的一部分。

新网站

Pankratius and postdoc Guillaume Rongier, in MIT’s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, created the program to identify favorable landing sites for a conceptual mission similar to NASA’s Mars 2020 rover, which is engineered to land in horizontal, even, dust-free areas and aims to explore an ancient, potentially habitable, site with magmatic outcrops.

他们发现该计划确定了过去已被考虑过的流动站的许多着陆场所,它突出了其他有前途的着陆位点很少提出。“我们看到有些网站我们可以探索现有的流动技术,即登陆场地委员会可能要重新考虑,”Pankratius说。

该计划还可以用于探索未来几代火星探测器的工程需求。潘克拉提乌斯说:“假设你可以降落在更陡峭的弯道上,或者开得更快,那么我们就可以得出你可以探索的新区域。”

模糊着陆

软件部分依赖于模糊逻辑,“一个数学逻辑方案,将不以Boolean逻辑的二进制方式组成的数学逻辑方案,例如是/否,真/假或安全/不安全,但在更流体,基于概率的时尚中。

“传统上,这种想法来自数学,而不是说一个元素属于一个集合,是或否,模糊逻辑表明它属于某种概率,”因此,Pankratius解释说,“因此反映了不完整或不精确的信息。

在找到合适的着陆位点的上下文中,程序计算流动站可以爬到一定斜率的概率,随着位置变得更加陡峭,概率下降。

Pankratius说:“通过模糊逻辑,我们可以在空间上表达这种概率——如果我是如此陡峭,那么情况会有多糟糕。”“在某种程度上,这是一种应对不精确的方式。”

该团队使用与模糊逻辑相关的算法,绘制出了整个星球上可能的着陆点的原始或初始有利度地图。这些地图被划分成一个个单元,每个单元代表火星表面大约3平方公里的面积。该程序计算每个单元格是有利着陆点的概率,并生成一张颜色渐变的地图,以表示0到1之间的概率。较暗的单元格代表的是一个接近于零的有利着陆点,而较浅的单元格代表的是一个具有有趣的科学前景的较高的安全着陆点。

一旦他们生成可能着陆位点的原始地图,研究人员考虑到着陆位置的各种不确定性,例如在下降期间轨迹的变化和潜在导航误差。考虑到这些不确定性,该计划然后产生登陆椭圆形,或者流动站可能降落的循环目标,以最大化安全和科学勘探。

该程序还使用了一种称为快速行进的算法,以绘制路径,路径一旦它降落就可以接管给定地形。快速游行通常用于计算前部的传播,例如,如果以给定的速度行驶,风的前部的速度有多达到岸边。第一次,Pankratius和Rongier应用了快速游行,以计算流动者的旅行时间,因为它从起点到地质结构的起点。

“如果你在火星上的某个地方,你得到这个加工的地图,你可以问,'从这里,我可以在周围环境中的任何一点才能快速吗?这个算法会告诉你,“Pankratius说。

该算法还可以绘制出路线,以避免某些可能会减慢探测车行程的障碍,并绘制出在一个降落区域。

“漫游者穿过灰尘更难以驾驶灰尘,所以它会速度慢一点,而尘埃不一定在各地,只是在补丁中,”罗格尔说。“算法在映射出最快的遍历路径时会考虑这样的障碍。”

该团队称,火星表面目前的船只运营商可以使用软件程序将车辆更有效地指示对科学兴趣的网站。在未来,Pankratius设想了这种技术或类似的东西,与越来越自主的流浪者融入越来越自主的群体,这些群体不需要人类从地球上一直操作车辆。

“有一天,如果我们有完全自主的揽救赛,他们可以考虑到所有这些东西可以了解他们可以去哪里,并且能够适应无法预料的情况,”Pankratius说。“你想要自治,否则可能需要很长时间才能在您必须快速做出关键决策时来回沟通。”

该团队还在地球,大气和行星科学系的麻省理工学院地球资源实验室合作中探讨了地球地球场地探索技术的应用。

“这是一个非常相似的问题,”Pankratius说。“而不是说'这是一个很好的网站,是或否?'你可以说,'向我展示一个可能对地热探索的所有领域的地图。”

他说,随着火星和地球地热结构数据的改进,这些数据可以输入到现有的项目中,以提供更准确的分析。

他说:“这个项目是可以逐步增强的。”


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