Há treze anos, em agosto passado, eu estava acampado na sala de imprensa do Laboratório de Propulsão a Jato em Pasadena, Califórnia, esperando para ver se o rover Curiosity sobreviveria à sua descida e ao pouso assistido por um guindaste na superfície de Marte. Aconteceu e foi incrível.
Desde então, o Curiosity (também conhecido como Mars Science Laboratory) viajou quase 37 quilômetros, perfurou e coletou amostras de 42 rochas diferentes e, até o momento da publicação, tirou quase 763.000 fotos. O facto de este robô ainda estar a trabalhar arduamente, realizando ciência de verdade aos 13 anos de idade, é absolutamente incrível – Marte não só é um ambiente ativamente hostil para robôs, mas o único tipo de manutenção que os engenheiros do JPL podem fazer é enviar atualizações de software muito, muito cuidadosas.
No entanto, o pessoal inteligente do JPL conseguiu manter o Curiosity seguro, aquecido, móvel e científico, apesar das rodas gastas e de cada vez menos potência a cada dia. Uma dessas pessoas é Alexandra Holloway, chefe assistente da equipe de operações de engenharia do Curiosity, que conversou com Espectro IEEE sobre como manter o Curiosity em movimento, como será seu futuro e como o JPL usou essa experiência para tornar rovers como o Perseverance ainda mais capazes.
Quão surpresos deveríamos ficar com o fato de que, após 13 anos em Marte, o Curiosity não apenas ainda esteja fazendo ciência, mas também se tornando mais capaz?
Alexandra Holloway é chefe assistente da equipe de operações de engenharia do rover Curiosity Mars no Laboratório de Propulsão a Jato.Alexandra Holloway
Alexandra Holloway: Estou surpreso! A longevidade vem de muito trabalho contínuo. Não é só que o Curiosity foi construído de forma robusta; é também porque estamos continuamente nos esforçando para garantir que ele possa continuar a ter essa vida útil. Penso em todos os diferentes tipos de sistemas embarcados que existem, de carros a geladeiras, e nenhum deles tem o tipo de longevidade que temos com o veículo espacial. É alucinante e inspirador.
É o Rover Perseverançaque é nove anos mais novo que o Curiosity, significativamente diferente em termos de hardware e software?
Holloway: Em termos de hardware, os rovers são muito semelhantes. Ambos usam um processador RAD 750 e possuem a mesma quantidade de memória. Porém, o Perseverance possui um processador extra específico para odometria visual, que lhe permite dirigir de forma autônoma. Essa diferença reflete seus projetos de missão primária: o Perseverance foi projetado para percorrer longas distâncias, enquanto o Curiosity é uma missão focada na amostragem à medida que avança. Portanto, os recursos de agendamento integrados do Perseverance existem para otimizar sua direção. Na verdade, apenas no ano passado, o Perseverance ultrapassou a distância percorrida pelo Curiosity depois de apenas cerca de três anos em Marte.
Você tem alguns exemplos de ajustes significativos que a equipe fez para manter o Curiosity em movimento?
Holloway: Um dos meus exemplos favoritos vem de uma anomalia no processador que aconteceu no Sol 2172 [Ed. note: “Sol” is the term for a Martian day—about 24 hours and 40 minutes]. O Curiosity tem dois computadores, A e B. Pousamos em A, trocamos para B devido a uma anomalia de memória NAND logo no início (Sol 200). Durante anos, trabalhamos com B, até que um dia houve um problema: B inicializou, mas não conseguiu montar a partição da unidade. Nunca tínhamos visto isso antes. Para preservar os dados de B, trocamos de volta para A, no qual não confiávamos há dois mil Sóis. A também tinha memória degradada, com apenas dois gigabytes de espaço de armazenamento utilizável em vez de quatro. Transferimos meticulosamente os dados de B para A e depois para a Terra, e eventualmente ficamos sem coisas que queríamos transferir, o que foi muito bom, porque A então começou a agir de forma estranha, da mesma forma que agiu no Sol 200 – estava agindo como se sua memória estivesse dessoldada. Isso é ruim.
Rapidamente voltamos para B, formatamos e fizemos com que funcionasse novamente. O problema então foi que não podíamos confiar na memória de A, mas precisávamos de um segundo computador como “barco salva-vidas” para diagnósticos e transferências caso B falhasse novamente. Percebemos que tínhamos outro lugar de memória: onde guardamos nosso software de voo. Temos quatro cópias do software de voo (duas versões atuais e duas versões mais antigas) em diferentes bancos de quantidades muito pequenas de memória, apenas 32 megabytes cada. E se simplesmente abandonássemos as cópias antigas do software de voo e usássemos aquela memória NOR de 64 megabytes como nosso sistema de arquivos para o computador A?
Então foi isso que fizemos. Ficou tão elegante! O Computador A está operando com menos de 1% de sua memória original, mas podemos executar uma missão nele. Uma missão pequena, mas não tivemos que descartar nenhuma capacidade essencial. Ainda podemos dirigir, podemos gerenciar dados, podemos até teoricamente fazer ciência. Tudo funciona bem, apenas muito mais lento e muito menor. Esse lançamento do software de voo foi até chamado de “R-Hope” porque esperávamos que funcionasse.
Quais são as restrições à vida útil do Curiosity?
Holloway: Nosso maior desafio de hardware é o desgaste das rodas. Parece que estamos dirigindo neste terreno arenoso com algumas pedras, e nossa intuição disse que poderíamos simplesmente passar por cima dessas pedras e elas seriam empurradas para a areia e não seria grande coisa. Mas o que acabamos vendo foi que aquelas pedrinhas são na verdade pontas de pedras gigantes enterradas na areia e são afiadas como navalhas. Nossas rodas estavam sendo rasgadas ao passar por cima delas, especialmente as rodas dianteiras, então começamos a dirigir para trás.
Também monitoramos consumíveis. Consideramos o número de vezes que movemos nossos atuadores, isso é um consumível – o Curiosity não tira uma selfie há algum tempo, e um dos motivos é que é muito difícil para os atuadores conjuntos. Nossa memória interna é um consumível, mas, surpreendentemente, não estamos nem perto do nosso ciclo de vida da memória. Nosso maior consumível é a energia; temos um RTG, uma fonte de energia nuclear, que diminui sua produção à medida que envelhece.
Missões mais recentes estão voando Snapdragon [processors]mas o RAD 750 da Curiosity é um consumidor de energia. Uma das coisas que implementamos e que está indo muito bem é uma forma de reduzir o tempo que passamos com o computador ligado, aproveitando o tempo em que terminamos as atividades mais cedo e vamos dormir, o que nos permite desligar os computadores e parte do aquecimento. Outra coisa que estamos observando é fazer coisas em paralelo quando estamos ligados, como ser capaz de dirigir ou usar o braço enquanto nos comunicamos com um orbitador.
Portanto, a potência está a diminuir, e isso está a fazer com que façamos todo este trabalho de paralelismo e nos tornemos mais eficientes e matizados na forma como operamos, mas não estamos a ter qualquer produção científica degradada neste momento. Nossas rodas ainda estão funcionando, nosso braço ainda está bem por enquanto, bata na madeira. Eu diria que talvez o gargalo seja o orçamento.
O impacto do Curiosity Rover na futura exploração de Marte
O que você aprendeu com o Curiosity que irá melhorar as missões futuras?
Holloway: Como especialista em software de voo incorporado, penso em como podemos alterar, adicionar ou modificar recursos de software durante a missão. Definitivamente, há um ponto ideal para carregar e corrigir software de voo – alguns desses conceitos foram pioneiros no Spirit e no Opportunity e depois herdados pelo Curiosity e Perseverance, tornando mais fácil entender e alterar o software.
Algumas das coisas que eu gostaria que tivéssemos agora [the Mars Science Laboratory] incluir uma melhor compreensão de para onde está indo nosso poder. Quero ver quanta energia cada componente consome a cada minuto, para que possamos arquitetar um sistema de software que possa equilibrar melhor as cargas. Temos algumas dessas informações que foram incorporadas pelos engenheiros que projetaram o rover, mas como operador, quero algo um pouco diferente. Portanto, se eu estivesse construindo uma missão, teria essas discussões mais cedo e faria com que os operadores entrassem na sala para dizer: “como você deseja que sejam seus produtos de dados?”
A principal lição para projetar missões futuras é conversar com todos os seus usuários no início do processo de design – isso precisa acontecer antecipadamente.
Como será o futuro a longo prazo do Curiosity?
Holloway: Essa é uma conversa que acontece e é muito delicada. Temos muitos instrumentos científicos, e muitos deles têm a ver com ciência de contato e amostragem e dependem do braço. Se perdermos o braço, que ciência ainda poderemos fazer? Bem, também temos muitos sensores remotos, como câmeras, sensores ambientais e sensores de radiação. Todas essas coisas são importantes para o futuro da exploração espacial e dos humanos em Marte.
Do ponto de vista energético, prevê-se que o nosso RTG comece a degradar a produção científica na sexta missão alargada, mas ficaremos bem até 2035 e, potencialmente, mesmo depois disso. Portanto, temos um futuro longo e emocionante pela frente. Precisamos descobrir a melhor maneira de operar dentro de nossas restrições, mas ainda estamos avançando.
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