В течение многих лет ученые разрабатывали способы навигации по лунной поверхности, что было непосильной задачей без инструментов, подобных GPS, которые есть на Земле.
Поскольку на Луне атмосфера намного тоньше, чем на Земле, трудно определить расстояние и размер далеких объектов, поскольку отсутствует перспектива от горизонта. На Земле деревья или здания дают смутные, но полезные ориентиры для определения расстояния, но на Луне такая иллюзия невозможна. Кроме того, без атмосферы, рассеивающей свет, яркие лучи Солнца искажают визуальное восприятие и восприятие глубины астронавта на Луне, что делает передвижение по обширной, не нанесенной на карту местности настоящим испытанием.
На Земле "у нас есть GPS, и легко воспользоваться этим и не думать обо всех технологиях, которые в него входят", - говорит Элвин Ю, инженер-исследователь Центра космических полетов НАСА имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. "Но сейчас, когда мы находимся на Луне, у нас просто нет такой возможности".
Вдохновленный предыдущими исследованиями в области лунной навигации, Ю разрабатывает систему искусственного интеллекта, которая будет направлять исследователей по лунному дну, сканируя горизонт в поисках отчетливых ориентиров. Обученная на данных, собранных с орбитального аппарата НАСА Lunar Reconnaissance Orbiter, система работает, воссоздавая особенности лунного горизонта так, как они показались бы исследователю, стоящему на поверхности Луны.
"Поскольку у [Луны] нет атмосферы, свет рассеивается не слишком сильно", - говорит Йью. Но используя очертания ландшафта, "мы можем получить очень четкое разграничение того, где находится земля относительно пространства".
Система ИИ Ю сможет ориентироваться по географическим особенностям, таким как валуны, хребты и даже кратеры, расстояние до которых человеку обычно трудно точно определить. Эти измерения могут быть использованы для сопоставления особенностей, определенных на изображениях, уже сделанных астронавтами и роверами, подобно тому, как наш GPS определяет местоположение на Земле. Разработка технологии, подобной GPS, специально настроенной на то, чтобы помочь исследователям передвигаться по Луне, особенно важна для поддержки автономных роботов, говорит Йью. Теперь, когда миссия НАСА Artemis I недавно завершилась успешным спуском в начале этого месяца, такая технология будет необходима и для возвращения людей на Луну в недалеком будущем. Когда астронавты предстоящей миссии Artemis III совершат посадку, наличие портативных или встроенных систем, которые помогут покорить новую местность, может стать решающим фактором в том, насколько далеко (и насколько хорошо) они смогут исследовать Луну и за ее пределами.
"То, что НАСА стремится попасть на Луну, а когда-нибудь и на Марс, требует инвестиций в эти жизненно важные технологии", - говорит Йью. Планируется, что его работа также дополнит будущий "интернет" на Луне под названием LunaNet. Эта структура будет поддерживать связь, операции лунной навигации, а также многие другие научные услуги на Луне. По словам ученых НАСА, коллекция лунных спутников призвана обеспечить доступ в Интернет, подобный земному, сеть, к которой смогут подключаться космические аппараты и будущие астронавты без необходимости заранее планировать передачу данных, как это делают космические миссии в настоящее время.
Шерил Грамлинг, заместитель начальника по технологиям отдела проектирования миссий и системного анализа Центра космических полетов НАСА имени Годдарда, говорит, что Луна - это испытательный полигон, где мы можем взять уроки, полученные на нашей планете, и посмотреть, как они применимы к исследованию более глубокого космоса.
"У вас также нет фундаментальной инфраструктуры, которую мы создали на Земле", - говорит она. Луна - это как чистый лист: "Вы должны подумать о том, "что вам нужно?".
Подобно тому, как различные интернет-провайдеры предоставляют своим клиентам доступ к сети и другим услугам, Грамлинг говорит, что NASA, а также другие космические агентства, такие как ESA или JAXA, могут объединиться в LunaNet. "Это расширение интернета в космос", - говорит она. Эти "провайдеры" (в данном случае космические агентства, такие как NASA, ESA и JAXA) могли бы общаться друг с другом и обмениваться данными через сети, подобно тому, как различные части Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) могут работать в тандеме.
"Взгляд на то, что мы реализовали на Земле, и перенос этого на Луну - это вызов, но в то же время это возможность подумать о том, как заставить это работать", - говорит Хуан Креншоу, сотрудник отделения навигации и проектирования миссий Центра космических полетов НАСА имени Годдарда. По его словам, цель состоит в том, чтобы создать сеть, которая не будет ограничена одной единственной реализацией или целью, и позволит использовать стандарты и протоколы для различных пользователей. "Если мы создадим совместимую службу, это позволит нам обеспечить лучшее покрытие и услуги для пользователей с меньшим количеством активов и более эффективно".
Но до выхода LunaNet в Интернет еще далеко - пройдет некоторое время, прежде чем астронавты смогут скачивать игры или смотреть любимые космические фильмы, как это было бы возможно на Земле. Хотя объем услуг LunaNet в настоящее время разрабатывается для покрытия всей Луны на высоте до 200 километров (около 125 миль), Ю говорит, что его ИИ может стать резервной копией навигационных возможностей ровера или астронавта, когда сеть будет испытывать сбои, например, перебои в подаче электроэнергии или сигнала. По мнению НАСА, работа Йью может даже помочь исследователям найти дорогу во время подобных помех на Земле.
"Когда мы совершаем человеческие экспедиции, всегда нужны [резервные системы] для очень опасных миссий", - говорит Йью. Его ИИ "сам по себе не привязан к Интернету, но [он] может быть привязан". Хотя ИИ пока находится только в стадии разработки, Ю хотел бы продолжить совершенствование системы, тестируя ее в симулированной среде, а затем, надеюсь, использовать данные о реальном лунном ландшафте, полученные в ходе одной из миссий Artemis.
"Мы хотим проверить надежность алгоритма, чтобы убедиться, что мы возвращаем решения, которые являются глобальными, то есть я могу бросить вас в любое место на Луне, и вы сможете определить местонахождение в любом месте", - говорит он. "И, возможно, если это невозможно, мы хотим проверить пределы и этого".