בשנת 2023, נאס"א מתכננת להשיק את ה- קליפר אירופה משימה, חוקרת רובוטית שתחקור את הירח האניגמטי של הירח של צדק. מטרת משימה זו היא לחקור את מעטפת הקרח והפנים של אירופה בכדי ללמוד עוד על הרכב הירח, הגיאולוגיה והאינטראקציות בין פני השטח לתחתית. יותר מכל, מטרת המשימה הזו היא לשפוך אור בשאלה האם חיים יכולים להתקיים בתוך האוקיאנוס הפנימי של אירופה.
זה מציב אתגרים רבים, שרבים מהם נובעים מהעובדה כי קליפר אירופה יהיה רחוק מאוד מכדור הארץ כאשר הוא יבצע את פעולות המדע שלו. כדי לטפל בכך, צוות חוקרים ממעבדת ההנעה Jet של נאס"א (JPL) ואוניברסיטת אריזונה סטייט (ASU) עיצבו סדרה של אלגוריתמים למידת מכונות שיאפשרו למשימה לחקור את אירופה בדרגת אוטונומיה.
כיצד אלגוריתמים אלו עשויים לסייע במשימות חקר החלל העמוק בעתיד היו נושא המצגת שהועברה בשבוע שעבר (7 באוגוסט) בכנס ה- 25 של ACM SIGKDD בנושא גילוי ידע וכריית נתונים באנקורג ', אלסקה. כנס שנתי זה מפגיש בין חוקרים ועוסקים במדעי נתונים, כריית נתונים ואנליטיקה מכל העולם כדי לדון בהתפתחויות וביישומים האחרונים בתחום.
כשמדובר בזה, התקשרות עם משימות בחלל העמוק היא עבודה גוזלת זמן ומאתגרת. כשאתה מתקשר עם משימות על פני מאדים או במסלול, זה יכול לקחת אות עד 25 דקות להגיע אליהם מכדור הארץ (או חזרה שוב). משלוח אותות ליופיטר, לעומת זאת, יכול לארוך בין 30 דקות עד שעה, תלוי היכן הוא נמצא במסלולו ביחס לכדור הארץ.
כפי שמציינים המחברים במחקרם, פעילויות חלליות מועברות בדרך כלל בתסריט שתוכנן מראש ולא באמצעות פקודות בזמן אמת. גישה זו יעילה מאוד כאשר ידוע או ניתן לחזות מראש את המיקום, הסביבה וגורמים אחרים המשפיעים על החללית. עם זאת, פירוש הדבר הוא גם שמבקרי המשימה אינם יכולים להגיב להתפתחויות בלתי צפויות בזמן אמת.
כפי שהסביר ד"ר קירי ל. ווגסטף, חוקרת ראשית בקבוצת למידת מכונות ואוטונומיה של מכשירי JPL של נאס"א, למגזין החלל באמצעות המייל:
"לחקור עולם רחוק מכדי לאפשר שליטה ישירה אנושית הוא מאתגר. על כל הפעילויות להיות מוגנות מראש. תגובה מהירה לגילויים חדשים או לשינויים בסביבה מחייבת את החללית עצמה לקבל החלטות, אותן אנו מכנים אוטונומיה חללית. בנוסף, הפעלה של כמעט מיליארד ק"מ מכדור הארץ פירושה ששיעורי העברת הנתונים הם נמוכים מאוד.
“היכולת של החללית לאסוף נתונים עולה על מה שניתן להחזיר. זה מעלה את השאלה אילו נתונים יש לאסוף וכיצד יש לתעדף אותם. לבסוף, במקרה של אירופה, החללית תופצץ גם על ידי קרינה עזה, העלולה להשחית נתונים ולגרום לאיפוס מחשבים. ההתמודדות עם הסכנות דורשת גם קבלת החלטות אוטונומית. "
מסיבה זו, ד"ר וגסטף ועמיתיה החלו לבחון שיטות אפשריות לניתוח נתונים על הסיפון שיפעלו בכל מקום ובכל זמן שאינו אפשרי לפיקוח ישיר על בני אדם. שיטות אלה חשובות במיוחד כאשר מתמודדים עם אירועים נדירים וחולפים אשר לא ניתן לחזות את התרחשותם, מיקומם ומשך הזמן שלהם.
אלה כוללים תופעות כמו שדי האבק שנצפו במאדים, פגיעות מטאוריט, ברקים על סטורן וכפלים קפואים שנפלטו על ידי אנצ'אלדוס וגופים אחרים. כדי לטפל בכך, ד"ר וגסטף וצוותה בדקו את ההתקדמות האחרונה באלגוריתמים למידת מכונות, המאפשרים מידה של אוטומציה וקבלת החלטות עצמאית בתחום המחשוב. כמו שאמר ד"ר וגסטף:
"שיטות למידת מכונות מאפשרות לחללית עצמה לבחון את הנתונים בזמן שהם נאספים. החללית יכולה אז לזהות אילו תצפיות מכילות אירועים מעניינים. זה יכול להשפיע על הקצאת סדרי העדיפויות של downlink. המטרה היא להגדיל את הסיכוי שהתגליות המעניינות ביותר יקושרו קודם. כאשר איסוף הנתונים עולה על מה שניתן להעביר, החללית עצמה יכולה לכרות את הנתונים הנוספים עבור נאגטס מדע יקר ערך.
"ניתוח המשולב יכול גם לאפשר לחללית להחליט אילו נתונים יש לאסוף לאחר מכן על סמך מה שהיא כבר גילתה. זה הוכח במסלול כדור הארץ באמצעות ניסוי המדע האוטונומי ועל פני מאדים תוך שימוש במערכת AEGIS במעבדת המדע של מאדים (סקרנות). איסוף נתונים אוטונומי ומגיב יכול להאיץ מאוד את החקר המדעי. אנו שואפים להרחיב יכולת זו גם למערכת השמש החיצונית. "
אלגוריתמים אלה תוכננו במיוחד כדי לסייע בשלושה סוגים של חקירות מדעיות אשר יהיו בעלות חשיבות עליונה למערכת קליפר אירופה משימה. אלה כוללים איתור של חריגות תרמיות (כתמים חמים), חריגות קומפוזיציות (מינרלים או מרבצי שטח לא שגרתיים), וכותרות פעילות של חומר קרח מהאוקיאנוס התת-קרקעי של אירופה.
"במסגרת זו המחשוב מוגבל מאוד," אמר ד"ר וגסטף. "מחשב החללית פועל במהירות דומה למחשב שולחני מאמצע סוף שנות התשעים (~ 200 מגהרץ). לכן, העדיפנו אלגוריתמים פשוטים ויעילים. יתרון לוואי הוא שהאלגוריתמים קלים להבנה, יישום ופרשנות. "
כדי לבדוק את השיטה שלהם, הצוות החיל את האלגוריתמים שלהם הן לנתונים מדומים והן לתצפיות ממשימות חלל בעבר. אלה כללו את גלילאו חללית, שעשתה תצפיות ספקטרליות על אירופה בכדי ללמוד עוד על הרכבה; ה קאסיני חללית, שתפסה תמונות של פעילות פלומה בירח של אנדרדוס של ירדן של שבתאי; וה אופקים חדשים תמונות חלליות של פעילות געשית על הירח של צדק.
תוצאות הבדיקות הראו כי כל אחד משלושת האלגוריתמים הפגין ביצועים גבוהים מספיק כדי לתרום ליעדי המדע שהוגדרו בסקר Decadal Planetary Science Science בשנת 2011. אלה כוללים "אישור נוכחות של אוקיינוס פנים, אפיון מעטפת הקרח של הלוויין ומאפשר הבנה של ההיסטוריה הגיאולוגית שלה" באירופה כדי לאשר את "הפוטנציאל של מערכת השמש החיצונית כמקום חיים".
בנוסף, לאלגוריתמים אלו יכולות להיות השלכות מרחיקות לכת על משימות רובוטיות אחרות ליעדים בחלל העמוק. מעבר למערכת הירחים של אירופה ויופיטר, נאס"א מקווה לחקור את ירחי שבתאי אנצ'לדוס וטיטאן אחר סימני חיים אפשריים בעתיד הקרוב, כמו גם יעדים רחוקים אפילו יותר (כמו ירח נפטון, טריטון ואפילו פלוטו). אבל היישומים לא נעצרים שם. ואגסטף אמר את הדברים:
"אוטונומיה חללית מאפשרת לנו לחקור לאן בני אדם לא יכולים להגיע. זה כולל יעדים מרוחקים כמו יופיטר ומיקומים מעבר למערכת השמש שלנו. זה כולל גם סביבות קרובות יותר המסוכנות לבני אדם, כמו קרקעית קרקעית הים או הגדרות קרינה גבוהה כאן בכדור הארץ. "
לא קשה לדמיין עתיד קרוב שבו משימות רובוטיות חצי-אוטונומיות מסוגלות לחקור את המוצא החיצוני והפנימי של מערכת השמש ללא פיקוח אנושי קבוע. במבט רחוק יותר אל העתיד, לא קשה לדמיין עידן בו רובוטים אוטונומיים לחלוטין מסוגלים לחקור כוכבי לכת חוץ-סולאריים ולשלוח את ממצאיהם הביתה.
ובינתיים, חצי אוטונומי קליפר אירופה עשוי למצוא את ההוכחות שכולנו מחכים לה! זה יהיה ביו-חתימות שמוכיחות שיש באמת חיים מעבר לכדור הארץ!
