Der nächste Mondrover der NASA wird Open-Source-Software ausführen

Künstlerische Darstellung von VIPER auf dem Mond. NASA

Im Jahr 2023 wird die NASA den VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) starten, der über die Mondoberfläche wandern und nach Wassereis suchen wird, das eines Tages zur Herstellung von Raketentreibstoff verwendet werden könnte. Der Rover wird mit den besten Instrumenten und Werkzeugen ausgestattet, die die NASA zu bieten hat: Räder, die sich auf Mondboden richtig drehen können, ein Bohrer, der in die außerirdische Geologie graben kann, Hardware, die 14 Tage einer Mondnacht überleben kann, wenn die Temperaturen sinken auf ˗173 °C.

Aber während viel von VIPER ist einzigartig, maßgeschneidert für die Mission, ein Großteil der Software, die darauf läuft, ist Open Source, was bedeutet, dass sie von jedem für jeden Zweck verwendet, modifiziert und verteilt werden kann. Wenn sie erfolgreich ist, kann die Mission mehr sein, als nur die Grundlagen für eine zukünftige Mondkolonie zu legen – sie kann auch ein Wendepunkt sein, der die Raumfahrtindustrie dazu veranlasst, anders darüber nachzudenken, wie sie Roboter entwickelt und betreibt.

Open-Source-Technologie kommt selten in den Sinn, wenn wir über Weltraummissionen sprechen. Es braucht eine enorme Menge Geld, um etwas zu bauen, das in den Weltraum geschossen werden kann, seinen Weg zu seinem richtigen Ziel findet und dann Hunderte oder Tausende (oder Hunderttausende) von Kilometern entfernt eine bestimmte Reihe von Aufgaben erfüllt. Das Know-how, diese Dinger nah an der Brust abzuziehen, ist eine natürliche Neigung. Open-Source-Software hingegen wird eher mit schäbiger Programmierung für kleinere Projekte wie Hackathons oder Studentendemos in Verbindung gebracht. Der Code, der Online-Repositorys wie füllt GitHub ist oft eine kostengünstige Lösung für Gruppen, die wenig Geld und Ressourcen haben, um Code von Grund auf neu zu erstellen.

Aber die Raumfahrtindustrie boomt, nicht zuletzt, weil die Nachfrage nach einem besseren Zugang zum Weltraum besteht. Und das bedeutet den Einsatz kostengünstigerer und zugänglicherer Technologien, einschließlich Software.

Selbst für größere Gruppen wie die NASA, wo Geld keine Rolle spielt, kann der Open-Source-Ansatz am Ende zu stärkerer Software führen. Ich würde sagen, Flugsoftware ist derzeit im Weltraum ziemlich mittelmäßig, sagt Dylan Taylor, der Vorsitzende und CEO von Voyager Space Holdings. (Ein typisches Beispiel: Boeings Starliner-Testflugausfall im Jahr 2019, der war aufgrund von Softwarefehlern .) Wenn es sich um Open Source handelt, können die klügsten Wissenschaftler immer noch auf das Fachwissen und Feedback einer größeren Community zurückgreifen, wenn sie auf Probleme stoßen, genau wie Amateurentwickler.

Wenn es für die NASA gut genug ist, sollte es im Grunde genommen auch für jeden anderen gut genug sein, der versucht, einen Roboter von diesem Planeten aus zu steuern. Mit einer ständig steigenden Zahl neuer Unternehmen u neue nationale Agenturen auf der ganzen Welt Wenn sie versuchen, ihre eigenen Satelliten und Sonden in den Weltraum zu bringen und gleichzeitig die Kosten niedrig zu halten, ist billigere Robotiksoftware, die souverän etwas so Riskantes wie eine Weltraummission bewältigen kann, ein großer Segen.

Open-Source-Software kann auch dazu beitragen, den Weg ins All billiger zu machen, da sie zu Standards führt, die jeder übernehmen und mit denen er arbeiten kann. Sie können die hohen Kosten, die mit spezialisierter Codierung verbunden sind, eliminieren. Open-Source-Frameworks sind normalerweise auch etwas, mit dem neue Ingenieure bereits gearbeitet haben. Wenn wir das einfach nutzen und diese Pipeline von dem, was sie in der Schule gelernt haben, auf das erweitern können, was sie in Flugmissionen verwenden, verkürzt das die Lernkurve, sagt Terry Fong, Chefrobotiker der Intelligent Robotics Group am NASA Ames Research Center in Kalifornien , und stellvertretender Roverleiter für die VIPER-Mission. Es beschleunigt die Dinge für uns, Fortschritte aus der Forschungswelt zu übernehmen und in die Flucht zu schlagen.

Die NASA setzt seit etwa 10 bis 15 Jahren Open-Source-Software in vielen F&E-Projekten ein – die Agentur hält ein sehr umfangreicher Katalog des verwendeten Open-Source-Codes. Aber die Rolle dieser Technologie in tatsächlichen Robotern, die in den Weltraum geschickt werden, steckt noch in den Kinderschuhen. Ein System, das die Agentur getestet hat, ist das Robot Operating System, eine Sammlung von Open-Source-Software-Frameworks, die von der gemeinnützigen Open Robotics, ebenfalls mit Hauptsitz in Mountain View, gepflegt und aktualisiert werden. ROS wird bereits in Robonaut 2 eingesetzt, dem humanoiden Roboter, der bei der Forschung auf der Internationalen Raumstation geholfen hat, sowie im autonomen Astrobee-Roboter Sie schwirren um die ISS herum, um Astronauten bei der Erledigung ihrer täglichen Aufgaben zu unterstützen.

Der Astrobee-Roboter auf der Internationalen Raumstation läuft auf ROS.

NASA

ROS wird Aufgaben ausführen und erleichtern, die für die sogenannte Bodenflugkontrolle von entscheidender Bedeutung sind. VIPER wird von NASA-Mitarbeitern herumgefahren, die Dinge von der Erde aus steuern werden. Die Bodenflugkontrolle wird die von VIPER gesammelten Daten verwenden, um Echtzeitkarten und Renderings der Umgebung auf dem Mond zu erstellen, mit denen die Fahrer des Rovers sicher navigieren können. Andere Teile der Rover-Software haben ebenfalls Open-Source-Wurzeln: Grundfunktionen wie Telemetrie und Speicherverwaltung werden an Bord von einem Programm namens „ Kernflugsystem (cFS) , von der NASA selbst entwickelt und kostenlos auf GitHub verfügbar . Die Missionsoperationen von VIPER außerhalb des Rovers selbst werden von abgewickelt MKT öffnen , ebenfalls von der NASA erstellt.

Im Vergleich zum Mars ist die Mondumgebung auf der Erde nur sehr schwer physisch nachzubilden, was bedeutet, dass das Testen der Hardware- und Softwarekomponenten eines Rovers nicht einfach ist. Für diese Mission, sagt Fong, sei es sinnvoller gewesen, sich auf digitale Simulationen zu stützen, die viele Komponenten des Rovers testen könnten – und dazu gehörte auch die Open-Source-Software.

Ein weiterer Grund, warum sich die Mission für die Verwendung von Open-Source-Software anbietet, ist, dass der Mond nahe genug ist, um den Rover nahezu in Echtzeit zu steuern, was bedeutet, dass ein Teil der Software nicht auf dem Rover selbst sein muss und ausgeführt werden kann stattdessen auf der Erde.

Wir haben uns entschieden, das Gehirn des Roboters zwischen Mond und Erde aufzuteilen, sagt Fong. Und sobald wir das getan haben, eröffnete sich die Möglichkeit, dass wir Software verwenden können, die nicht durch strahlungsharte Flugcomputer eingeschränkt ist – sondern stattdessen einfach handelsübliche Desktops von der Stange verwenden können. So können wir Dinge wie ROS vor Ort nutzen, etwas, das von so vielen Menschen so regelmäßig genutzt wird. Wir müssen uns nicht nur auf kundenspezifische Software verlassen.

VIPER läuft nicht zu 100 % auf Open-Source-Software – sein Flugsystem an Bord verwendet beispielsweise äußerst zuverlässige proprietäre Software. Aber es ist leicht zu sehen, dass zukünftige Missionen übernehmen und erweitern, was VIPER ausführen wird. Ich vermute, dass vielleicht der nächste Rover der NASA mit Linux laufen wird, sagt Fong.

Es wird nie möglich sein, Open-Source-Software in allen Fällen zu verwenden. Sicherheitsbedenken könnten ein Problem sein und einige Parteien dazu veranlassen, sich vollständig an proprietäre Technologie zu halten (obwohl ein Pluspunkt für Open-Source-Plattformen ist, dass Entwickler oft sehr öffentlich sind, wenn es darum geht, Fehler zu finden und Patches vorzuschlagen). Und Fong betont auch, dass einige Missionen immer zu spezialisiert oder fortgeschritten sein werden, um sich stark auf Open-Source-Technologie zu verlassen.

Dennoch wendet sich nicht nur die NASA der Open-Source-Community zu. Blue Origin kündigte kürzlich eine Partnerschaft mit mehreren NASA-Gruppen an, um Roboterintelligenz und -autonomie zu codieren aus Open-Source-Frameworks erstellt (Das Unternehmen lehnte es ab, Einzelheiten anzugeben). Kleinere Initiativen wie die Stiftung Freier Weltraum mit Sitz in Griechenland, das Open-Source-Hardware und -Software für Kleinsatelliten bereitstellt, wird sicherlich mehr Aufmerksamkeit erregen, da die Raumfahrt immer billiger wird. Da gibt es einen Dominoeffekt, sagt Brian Gerkey, CEO von Open Robotics. Sobald eine große Organisation wie die NASA öffentlich sagt: „Wir sind auf diese Software angewiesen“, dann sind andere Organisationen bereit, das Risiko einzugehen und sich einzumischen und die notwendige Arbeit zu leisten, damit sie für sie funktioniert.

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