No hay GPS en el Planeta Rojo, pero una nueva tecnología llamada Localización Global de Marte permite a Perseverance determinar con precisión su ubicación, sin intervención humana.
Imagina que estás solo, conduciendo por un desierto rocoso e implacable, sin carreteras, sin mapas, sin GPS y con solo una llamada al día para que alguien te informe exactamente dónde estás. Eso es lo que ha experimentado el rover Perseverance de la NASA desde que aterrizó en Marte hace cinco años. Aunque lleva herramientas de eficacia comprobada para determinar su ubicación general, el rover ha necesitado operadores en la Tierra para indicarle con precisión dónde se encuentra, hasta ahora.
Una nueva tecnología desarrollada en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California permite a Perseverance determinar su paradero sin necesidad de recurrir a la ayuda humana. Denominada Localización Global de Marte, esta tecnología cuenta con un algoritmo que compara rápidamente las imágenes panorámicas de las cámaras de navegación del rover con los mapas del terreno orbital a bordo. El algoritmo, que funciona con un potente procesador que Perseverance utilizó originalmente para comunicarse con el helicóptero marciano Ingenuity, tarda aproximadamente dos minutos en determinar la ubicación del rover con una precisión de unos 25 centímetros. La Localización Global de Marte se utilizó con éxito por primera vez en operaciones regulares de la misión el 2 de febrero y, posteriormente, el 16 de febrero.
“Esto es como darle al rover un GPS. Ahora puede determinar su propia ubicación en Marte”, dijo Vandi Verma, ingeniera jefe de operaciones robóticas de la misión, del JPL. “Significa que el rover podrá recorrer distancias mucho mayores de forma autónoma, lo que nos permitirá explorar más del planeta y obtener más información científica. Además, podría ser utilizado por casi cualquier otro rover que viaje rápido y lejos”.
La actualización es especialmente valiosa dado el buen funcionamiento del sistema de navegación automática de Perseverance. AutoNav, que permite al rover replanificar su ruta evitando obstáculos en el camino hacia un destino preestablecido, ha demostrado ser tan eficaz que la distancia que Perseverance puede recorrer sin instrucciones de la Tierra está limitada en gran medida por la incertidumbre del rover sobre su paradero. Ahora que puede detenerse y determinar su ubicación exacta, se puede ordenar a Perseverance que recorra distancias potencialmente ilimitadas sin llamar a casa.
La implementación de la Localización Global de Marte llega tras otra innovación del equipo de Perseverance: el primer uso de inteligencia artificial generativa para planificar una ruta de viaje mediante la selección de puntos de referencia para el rover, normalmente elegidos por operadores humanos. Ambas tecnologías permiten a Perseverance viajar más lejos y más rápido, minimizando la carga de trabajo del equipo.
Más allá de la odometría visual
A diferencia de la Tierra, no existe una red de satélites GPS en el espacio profundo para localizar naves espaciales en superficies planetarias. Por lo tanto, las misiones, ya sean robóticas o tripuladas, deben encontrar otras formas de determinar su ubicación.
Al igual que los anteriores rovers marcianos de la NASA, Perseverance rastrea su posición mediante odometría visual, analizando las características geológicas en imágenes de cámara tomadas cada pocos metros, teniendo en cuenta el deslizamiento de las ruedas. Sin embargo, a medida que se acumulan pequeños errores en el proceso a lo largo de cada recorrido, el rover se vuelve cada vez más inseguro sobre su ubicación exacta. En recorridos largos, la percepción de la posición del rover puede tener un error de más de 30 metros (hasta 35 metros). Creyendo que podría estar demasiado cerca de terreno peligroso, Perseverance podría finalizar su recorrido prematuramente y esperar instrucciones de la Tierra.
“Los humanos tienen que decirle: ‘No estás perdido, estás a salvo. Sigue adelante'”, dijo Verma. “Sabíamos que si solucionábamos este problema, el rover podría viajar mucho más lejos cada día”.
Tras detenerse cada viaje, el rover envía una panorámica de 360 grados a la Tierra, donde los expertos en cartografía comparan las imágenes con las capturas del Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) de la NASA. El equipo envía entonces al rover su ubicación e instrucciones para su siguiente viaje. Este proceso puede tardar un día o más, pero con la Localización Global de Marte, el rover puede comparar las imágenes por sí mismo, determinar su ubicación y avanzar según su ruta planificada.
“Le hemos dado al rover una nueva capacidad”, declaró Jeremy Nash, ingeniero en robótica del JPL que dirigió el equipo que trabaja en el proyecto bajo la dirección de Verma. “Este ha sido un problema sin resolver en la investigación robótica durante décadas, y ha sido sumamente emocionante implementar esta solución en el espacio por primera vez”.
El pequeño equipo comenzó a trabajar en 2023, probando la precisión del algoritmo que habían desarrollado con datos de 264 paradas previas del rover. El algoritmo comparó fotos panorámicas del rover con imágenes MRO y determinó correctamente la ubicación del rover en cada parada.
Cómo ayudó Ingenuity
La clave para la localización global de Marte es la Estación Base de Helicópteros (HBS) del rover, que Perseverance utilizó para comunicarse con el helicóptero Ingenuity Mars, ahora retirado. Equipada con un procesador comercial que alimentaba muchos smartphones de consumo a mediados de la década de 2010, la HBS funciona más de 100 veces más rápido que los dos ordenadores principales del rover, que, diseñados para resistir el entorno marciano con alta radiación, se basan en hardware introducido en 1997.
Como demostración tecnológica diseñada para probar capacidades, la misión Ingenuity pudo arriesgarse a emplear chips comerciales más potentes en la HBS y el helicóptero, a pesar de que no se habían probado en el espacio. Valió la pena: Con un límite de cinco vuelos previstos, el helicóptero completó 72.
La potencia del procesador HBS inspiró a Verma a buscar maneras de aprovecharlo en la misión Perseverance. “Es casi como un regalo. Ingenuity abrió el camino, demostrando que podíamos usar procesadores comerciales en Marte”, declaró Verma.
El acceso a la computadora HBS ha presentado desafíos. Para garantizar la fiabilidad, el equipo desarrolló una “prueba de cordura”: el algoritmo se ejecuta en el HBS varias veces antes de que una de las computadoras principales del rover verifique que los resultados coincidan. Durante las pruebas, el equipo detectó repetidamente que la posición del rover tenía una desviación de 1 milímetro. Descubrieron daños en unos 25 bits (una fracción minúscula del gigabyte de memoria del procesador) y desarrollaron una solución para aislar esos bits mientras se ejecuta el algoritmo.
Además del proceso más amplio de Localización Global de Marte, se espera que la prueba de cordura y las soluciones de memoria del equipo encuentren nuevos usos a medida que se empleen procesadores comerciales más rápidos en futuras misiones. Mientras tanto, el equipo ya ha puesto la mira en la Luna, donde las difíciles condiciones de iluminación y las largas y frías noches lunares hacen que sea aún más crucial saber con exactitud la ubicación de las naves espaciales.
Más información sobre Perseverance
El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, gestionado por Caltech para la agencia, construyó y gestiona las operaciones del róver Perseverance en nombre de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington, como parte del Programa de Exploración de Marte de la NASA.
Para obtener más información en Inglés sobre Perseverance visite https://science.nasa.gov/mission/mars-2020-perseverance
Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech