211service.com
NASA's volgende maanrover zal open-source software gebruiken
Een artistieke weergave van VIPER op de maan. NASA
In 2023 lanceert NASA VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover), die over het oppervlak van de maan zal trekken en op zoek zal gaan naar waterijs dat ooit zou kunnen worden gebruikt om raketbrandstof te maken. De rover zal worden bewapend met de beste instrumenten en gereedschappen die NASA kan bedenken: wielen die goed kunnen draaien op maangrond, een boormachine die in buitenaardse geologie kan graven, hardware die 14 dagen van een maannacht kan overleven als de temperatuur daalt tot -173 °C.
Maar terwijl veel van ADDER is uniek in zijn soort, op maat gemaakt voor de missie, veel van de software die erop wordt uitgevoerd, is open-source, wat betekent dat het beschikbaar is voor gebruik, wijziging en distributie door iedereen voor welk doel dan ook. Als het succesvol is, kan de missie over meer gaan dan alleen het leggen van de basis voor een toekomstige maankolonie - het kan ook een keerpunt zijn dat ervoor zorgt dat de ruimtevaartindustrie anders gaat denken over de manier waarop ze robots ontwikkelt en bedient.
Open-sourcetechnologie komt zelden in ons op als we het hebben over ruimtemissies. Er is enorm veel geld voor nodig om iets te bouwen dat in de ruimte kan worden gelanceerd, zijn weg naar de juiste bestemming kan vinden en vervolgens een specifieke reeks taken honderden of duizenden (of honderdduizenden) kilometers verderop kan uitvoeren. De knowhow om die dingen dicht bij de borst te houden, is een natuurlijke neiging. Open-sourcesoftware wordt daarentegen vaker geassocieerd met scrappy-programmering voor kleinere projecten, zoals hackathons of studentendemo's. De code die online opslagplaatsen vult, zoals GitHub is vaak een goedkope oplossing voor groepen die weinig geld en middelen hebben die nodig zijn om helemaal opnieuw code te bouwen.
Maar de ruimtevaartindustrie groeit, niet in de laatste plaats omdat er vraag is naar meer toegang tot de ruimte. En dat betekent het gebruik van technologieën die goedkoper en toegankelijker zijn, inclusief software.
Zelfs voor grotere groepen zoals NASA, waar geld geen probleem is, kan de open-sourcebenadering uiteindelijk leiden tot sterkere software. Vluchtsoftware is op dit moment, zou ik zeggen, vrij middelmatig in de ruimte, zegt Dylan Taylor, de voorzitter en CEO van Voyager Space Holdings. (Voorbeeld: de Starliner-testvlucht van Boeing in 2019 mislukte, dat was als gevolg van softwareproblemen .) Als het open-source is, kunnen de slimste wetenschappers nog steeds gebruikmaken van de expertise en feedback van een grotere gemeenschap als er problemen optreden, net als amateurontwikkelaars.
Kortom, als het goed genoeg is voor NASA, zou het waarschijnlijk ook goed genoeg moeten zijn voor iemand anders die een robot buiten deze planeet probeert te besturen. Met een steeds groeiend aantal nieuwe bedrijven en nieuwe nationale agentschappen rond de wereld proberen hun eigen satellieten en sondes de ruimte in te lanceren en tegelijkertijd de kosten laag te houden, goedkopere robotsoftware die met vertrouwen zoiets riskant als een ruimtemissie aankan, is een enorme zegen.
Open-sourcesoftware kan ook helpen om goedkoper naar de ruimte te gaan, omdat het leidt tot standaarden die iedereen kan toepassen en waarmee iedereen kan werken. U kunt de hoge kosten die gepaard gaan met gespecialiseerde codering elimineren. Open-source frameworks zijn meestal ook iets waar nieuwe ingenieurs al mee hebben gewerkt. Als we dat kunnen benutten en deze pijplijn kunnen vergroten van wat ze op school hebben geleerd tot wat ze gebruiken in vluchtmissies, dan verkort dat de leercurve, zegt Terry Fong, hoofdroboticus van de Intelligent Robotics Group bij NASA Ames Research Center in Californië , en plaatsvervangend rover-leider voor de VIPER-missie. Het maakt dingen sneller voor ons om vooruitgang uit de onderzoekswereld te nemen en op de vlucht te zetten.
NASA gebruikt al zo'n 10 tot 15 jaar open-sourcesoftware in veel R&D-projecten - het bureau houdt een zeer uitgebreide catalogus van de open-sourcecode die het heeft gebruikt. Maar de rol van deze technologie in daadwerkelijke robots die naar de ruimte worden gestuurd, staat nog in de kinderschoenen. Een systeem dat het bureau heeft uitgeprobeerd, is het Robot Operating System, een verzameling open-source softwareframeworks die wordt onderhouden en bijgewerkt door de non-profitorganisatie Open Robotics, ook met het hoofdkantoor in Mountain View. ROS wordt al gebruikt in Robonaut 2, de humanoïde robot die heeft geholpen bij het onderzoek naar het internationale ruimtestation, evenals de autonome Astrobee-robots zoemen rond het ISS om astronauten te helpen bij het uitvoeren van dagelijkse taken.
De Astrobee-robot op het internationale ruimtestation ISS draait op ROS.
NASA
ROS zal taken uitvoeren en faciliteren die essentieel zijn voor iets dat grondvluchtcontrole wordt genoemd. VIPER wordt rondgereden door NASA-personeel dat dingen vanaf de aarde zal bedienen. Ground flight control gebruikt gegevens die door VIPER zijn verzameld om realtime kaarten en weergaven van de omgeving op de maan te maken die de bestuurders van de rover kunnen gebruiken om veilig te navigeren. Andere delen van de software van de rover hebben ook open-sourcewortels: basisfuncties zoals telemetrie en geheugenbeheer worden aan boord afgehandeld door een programma genaamd kern Flight System (cFS) , ontwikkeld door NASA zelf en gratis beschikbaar op GitHub . De missies van VIPER buiten de rover zelf worden afgehandeld door: MCT openen , ook gemaakt door NASA.
In vergelijking met Mars is de maanomgeving erg moeilijk om fysiek na te bootsen op aarde, wat betekent dat het testen van de hardware- en softwarecomponenten van een rover niet eenvoudig is. Voor deze missie, zegt Fong, was het logischer om te steunen op digitale simulaties die veel van de componenten van de rover konden testen, inclusief de open-sourcesoftware.
Een andere reden waarom de missie zich leent voor het gebruik van open-source software, is dat de maan dichtbij genoeg is voor bijna-realtime controle van de rover, wat betekent dat een deel van de software niet op de rover zelf hoeft te zijn en kan draaien in plaats daarvan op aarde.
We besloten om de hersenen van de robot te splitsen tussen de maan en de aarde, zegt Fong. En zodra we dat deden, opende het de mogelijkheid dat we software kunnen gebruiken die niet wordt beperkt door stralingsharde, vluchtcomputing, maar in plaats daarvan kunnen we gewoon gebruiksklare commerciële desktops gebruiken. Dus we kunnen gebruik maken van dingen als ROS op de grond, iets dat zo regelmatig door zoveel mensen wordt gebruikt. We hoeven niet alleen te vertrouwen op software op maat.
VIPER draait niet op 100% open-source software - het boordsysteem maakt bijvoorbeeld gebruik van uiterst betrouwbare propriëtaire software. Maar het is gemakkelijk om te zien dat toekomstige missies de VIPER zullen overnemen en uitbreiden. Ik vermoed dat de volgende rover van NASA misschien op Linux zal draaien, zegt Fong.
Het zal nooit in alle gevallen mogelijk zijn om open source software te gebruiken. Bezorgdheid over de beveiliging kan een probleem zijn en kan ertoe leiden dat sommige partijen volledig vasthouden aan propriëtaire technologie (hoewel een pluspunt van open-sourceplatforms is dat ontwikkelaars vaak erg open zijn over het vinden van fouten en het voorstellen van patches). En Fong benadrukt ook dat sommige missies altijd te gespecialiseerd of geavanceerd zullen zijn om zwaar op open source-technologie te vertrouwen.
Toch is het niet alleen NASA die zich tot de open-sourcegemeenschap wendt. Blue Origin heeft onlangs een samenwerking aangekondigd met verschillende NASA-groepen om robotintelligentie en autonomie te coderen gebouwd vanuit open-source frameworks (het bedrijf weigerde details te verstrekken). Kleinere initiatieven zoals de Stichting Vrije Ruimte gevestigd in Griekenland, dat open-source hardware en software levert voor kleine satellietactiviteiten, zal ongetwijfeld meer aandacht krijgen naarmate ruimtevluchten steeds goedkoper worden. Er is een domino-effect, zegt Brian Gerkey, de CEO van Open Robotics. Als je eenmaal een grote organisatie als NASA hebt die publiekelijk zegt: 'We zijn afhankelijk van deze software', dan zijn andere organisaties bereid een gok te wagen en het werk te doen dat nodig is om het voor hen te laten werken.