¿Cómo puede un helicóptero de Marte ser autónomo si no hay un GPS marciano?

Para que un dron sea autónomo, necesita algo como un GPS para poder navegar. Si no tiene GPS, tendrías que controlarlo manualmente.

Entonces, ¿los orbitadores proporcionan algo como GPS? Pensé que los orbitadores que funcionaban ahora eran demasiado viejos para tener esas tecnologías.

ver esta respuesta por ejemplo
Un roomba puede navegar de forma autónoma sin usar GPS
@JCRM Ahora me tienes imaginando un dron que navega chocando contra todas las superficies posibles :P
La gente ha estado navegando de forma autónoma durante milenios antes de la existencia del GPS. ¿Por qué crees que un dron no podría usar exactamente esas mismas técnicas?
Usted dice "demasiado viejo", pero el primer lanzamiento del GPS fue en 1978. Es cierto que los dispositivos comerciales de navegación por satélite son un poco más nuevos, por varias razones (principalmente el "requisito" de una pantalla táctil delgada en un automóvil, si tuviera que adivinar, conducía civil adopción hacia los niveles que vemos hoy), pero el GPS real no es nuevo en absoluto.
Además, no querrás confiar en el GPS para algo como esto (o para algo realmente) ya que es trivialmente falsificado y aún más trivialmente atascado. El problema de la dependencia excesiva del GPS no se puede exagerar.
@LightnessRacesinOrbit: si un sistema de tipo GPS marciano estuviera siendo falsificado, la NASA tiene algunas explicaciones que hacer...
@JonCuster En términos más generales, aborda la falsa suposición de que el GPS no solo es algo que necesita usar para este tipo de tarea, ¡sino algo que solo debe usar en primer lugar! pero si jajaja
@Shadow eso se llama "navegación táctil" o "orientación a través de braille"
Es bueno ver a los jóvenes hacer preguntas como "¿CÓMO PODRÍAS NAVEGAR SIN GPS?" :)
@JCRM: ¿Qué es un "roomba"?
@JörgWMittag Pero bajar la ventanilla y pedir instrucciones a los lugareños tampoco funcionará en Marte
@HagenvonEitzen: ¡Porque tendrías que ponerte el casco antes de bajar la ventanilla, obviamente!
@PeterMortensen A Roomba es un pequeño robot aspirador autónomo. es.wikipedia.org/wiki/Roomba
For a drone to be autonomous, it needs something like a GPS to be able to navigate- "me gusta" es la palabra clave. Los drones autónomos existían mucho antes de que se inventara el GPS. El avión no tripulado bomba alemán V2 voló en la Segunda Guerra Mundial mucho antes de que existieran los satélites hechos por el hombre.

Respuestas (6)

Editar : El JPL Mars Helicopter Scout utilizará navegación inercial:

El campo magnético inconsistente de Marte impide el uso de una brújula para la navegación, por lo que utilizará una cámara de seguimiento solar integrada al sistema de navegación inercial visual del JPL. Algunas entradas adicionales pueden incluir giroscopios, odometría visual, sensores de inclinación, altímetro y detectores de peligro.[15]

Hay otras formas de navegar además del GPS.

  • La navegación inercial utiliza acelerómetros para detectar en qué dirección te estás moviendo y sensores de velocidad o distancia para detectar qué tan lejos has llegado. Utilizado, por ejemplo, por submarinos para navegar cuando están bajo el agua y fuera del alcance del GPS. También utilizado por los rovers de Marte actuales.
  • Puede utilizar la radiogoniometría. Con 2 transmisores en ubicaciones conocidas, puede triangular su posición. Con 1 transmisor, la navegación es más limitada, pero aún puede volver a la ubicación del transmisor. Usado en la Segunda Guerra Mundial por aviones.

Además de conocer tu posición, necesitas saber algo sobre el terreno que te rodea. Necesita saber qué lugares se pueden atravesar y cuáles son demasiado empinados/rocosos/suaves para que el vehículo los atraviese. Para un avión, necesita saber dónde están las montañas y dónde es seguro aterrizar.

Puede usar un mapa creado por otra persona como referencia (esto es lo que hace el navegador satelital en su automóvil), o puede construir su propio mapa a medida que avanza.

Los rovers de Marte actuales han demostrado autonomía: toman fotografías del terreno que tienen por delante y pueden elegir un camino seguro. El GPS no es necesario para esto.

¿Y esos todavía pueden hacer que un dron sea autónomo? Para la navegación inercial, y también para la búsqueda de dirección por radio, parece que necesita un mapa bastante preciso... ¿Es así?
2 transmisores no son suficientes; 2 círculos se cruzan en 2 puntos, por lo que usar solo 2 transmisores deja 2 posibles soluciones para el posicionamiento (a menos que ambos transmisores estén en direcciones exactamente opuestas), por lo que aún necesita una evidencia adicional para elegir entre los 2.
Los sistemas de aterrizaje por instrumentos basados ​​en radio se utilizaron incluso antes de la Segunda Guerra Mundial. Durante la Segunda Guerra Mundial se utilizaron sistemas electrónicos de navegación muy sofisticados, por ejemplo, decca .
@gerrit: 2 transmisores son suficientes. Las antenas son direccionales y se pueden utilizar para determinar la dirección de una fuente de radio. Si utiliza los transmisores A y B, las dos soluciones tendrían A a la izquierda y B a la derecha, o viceversa, para que se puedan distinguir.
@DietrichEpp: Hay antenas direccionales y omnidireccionales. Si los transmisores A y B usaran antenas direccionales, no todas las posiciones alrededor de A y B tendrían buena recepción de ambos transmisores.
@Uwe: Correcto, pero eso es un problema sin importar cuántas antenas tenga, y es un problema con el GPS: es posible que la recepción sea deficiente. Dos balizas es solo un punto de partida. El punto es que puedes hacer que los receptores sean direccionales.
@DietrichEpp: Alternativamente, uno podría usar faros de radio. Use una antena giratoria que produzca un nulo en un ángulo particular y transmita continuamente una señal que indique en qué dirección está apuntando. La intensidad de la señal disminuirá enormemente una vez por rotación, y al averiguar cuál es el ángulo cada vez que eso suceda, se podrá conocer la orientación del transmisor, sin que el receptor necesite una antena direccional.
@gerrit Eso no es un problema, ya que generalmente sabe aproximadamente dónde se encuentra de otras fuentes. El antiguo sistema Omega que usaban los aviones y los barcos antes del GPS solo usaba dos medidas y te daba 4 ubicaciones posibles, pero los pilotos generalmente conocían el hemisferio de la Tierra en el que se encontraban actualmente.
La navegación estelar se ha utilizado durante milenios y todavía funciona bien.
Re: "Además de conocer su posición, necesita saber algo sobre el terreno que lo rodea. Necesita saber qué lugares se pueden atravesar y cuáles son demasiado empinados/rocosos/suaves para que los atraviese el vehículo". No necesariamente: SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) permite construir un mapa mientras se navega por él
No solo se usa en aviones de la Segunda Guerra Mundial, todavía lo usan los pilotos en la actualidad. Se llama navegación "VOR".
Así que, en esencia, la navegación a estima más un mapa.

El GPS es una de varias tecnologías posibles disponibles para la navegación asistida. Se usa comúnmente en drones comerciales porque el marco está en su lugar y la señal de GPS generalmente está disponible en la Tierra.

Sin embargo, requiere una flotilla de satélites alrededor de nuestro planeta para funcionar, algo que no tenemos (todavía) alrededor de otros cuerpos celestes. En ese caso, necesitamos diferentes enfoques, tales como:

  • El seguimiento solar , junto con la navegación inercial (como se menciona en la respuesta de Hobbes ), será la tecnología de navegación elegida para el Mars Helicopter Scout , ya que no se puede confiar en la débil magnetosfera de Marte: la unidad de medición inercial (IMU) 1750 de KVH, sensor de navegación principal en AERO. Enlace
    IMU 1750 de KVH

  • Astrometría : Δ-DOR, o Delta-Differential One-Way Ranging puede usar cuásares como calibradores para proporcionar una resolución posicional por debajo de unos pocos cientos de metros en Marte a una nave en órbita que, a su vez, puede compartir la información con vehículos de superficie: ESA Delta DOR: de la implementación a la operación R. Maddè, T. Morley ESOC, 16 de marzo de 2007. Enlace
    Definición delta-DOR

  • Mapeo de superficie : un dron puede almacenar mapas de superficie en 3D de su entorno y luego usar sensores LiDAR /RADAR (más altímetro , giroscopios e inclinómetros ) junto con algoritmos coincidentes para determinar su posición actual: TERCOM - proceso, Golden 1980 (ieee.org) - EnlaceTERCOM - proceso, Golden 1980

  • Odometría visual : el procesamiento de imágenes puede determinar qué tan rápido es un vehículo al medir las diferencias entre dos imágenes fijas si se conoce el lapso de tiempo entre ellas;

Se pueden combinar varias técnicas para proporcionar una mayor precisión.

GPD no solo necesita una flotilla de satélites alrededor de nuestro planeta para funcionar, también necesita varias estaciones terrestres para la medición precisa de la órbita de cada satélite. No existe una determinación precisa de la posición si no tiene datos precisos de la órbita de todos los satélites utilizados para determinar la posición.
@Uwe Tienes toda la razón. En mi defensa, quería ser breve y directo. Agregando a su comentario, incluso la relatividad general se usa para compensar el análisis de error relacionado con la dilatación del tiempo por parte de las estaciones terrestres, como se describe aquí: en.wikipedia.org/wiki/…
El mapeo de superficie es, por cierto, cómo solían operar los misiles de crucero. Está bien probado y es muy funcional, como pueden atestiguar varios regímenes dirigidos por Estados Unidos. (GPS lo ha suplantado, pero probablemente funcione bastante bien para Marte).
@uhoh Mi publicación original no fue exactamente clara al respecto, gracias por señalarlo. Editado para aclaración.
@ceejayoz Precisamente: agregó una imagen de referencia para TERCOM, gracias por mencionar eso.
Había una serie de técnicas precisas de navegación por radio en uso antes del GPS. Estos incluyeron: rango de radio activo (medir la distancia desde el vehículo hasta el punto fijo), rumbo de radio (medir el ángulo sólido desde el vehículo hasta el punto fijo), hiperbólico pasivo (medir la diferencia de tiempo entre la señal de dos estaciones), doppler (medir la velocidad de un solo satélite ). Estos podrían usarse en conjunto [aunque, como se muestra a continuación, se han ido con el terreno óptico basado].
Las antenas Δ-DOR en la Tierra reciben una señal del helicóptero en Marte , procesan y calculan una posición, luego transmiten esa posición al helicóptero. El tiempo de luz de ida y vuelta es aproximadamente entre 9 y 40 minutos, dependiendo de la orientación de los dos planetas en su órbita. Con una latencia tan grande como esa, no puedo ver cómo esto podría usarse de manera práctica para la autonavegación de un helicóptero .
@uhoh No sería de mucha utilidad para la navegación en tiempo real, pero si el helicóptero realiza saltos cortos planificados, sería bueno para fijar la posición actual antes de embarcarse en uno. Podría ser un complemento útil para la guía en tiempo real basada en inercia/visión.
@ceejayoz excelente punto! Sería bueno tenerlo en cuenta en la respuesta misma. Ambos acumularían errores a medida que avanzan, aunque los basados ​​en la visión solo acumularían errores absolutos ; siempre puedes usar tu mapa de terreno para volver a tu fuente de energía y recargar (si así es como funciona).

He reutilizado parte del material de esta respuesta aquí para mostrar que el rover MARS 2020 aterrizará en Marte utilizando en parte la navegación óptica.

Un helicóptero puede usar técnicas de aprendizaje ambiental similares desarrolladas para robots en la Tierra. Este no es un ejemplo perfecto, pero da la idea de que el robot construye un mapa con el tiempo. En cada punto se puede identificar la ubicación de un nuevo punto de referencia con respecto a los puntos de referencia anteriores.

De las tecnologías de entrada, descenso y aterrizaje :

DISPARADOR DE RANGO - TODO ES CUESTIÓN DE TIEMPO

La clave de la nueva técnica de aterrizaje de precisión es elegir el momento adecuado para apretar el "gatillo" que libera el paracaídas de la nave espacial. "Range Trigger" es el nombre de la técnica que utiliza Mars 2020 para cronometrar el despliegue del paracaídas. Las misiones anteriores desplegaron sus paracaídas lo antes posible después de que la nave espacial alcanzara la velocidad deseada. En lugar de desplegarse lo antes posible, Range Trigger de Mars 2020 despliega el paracaídas en función de la posición de la nave espacial en relación con el objetivo de aterrizaje deseado.

ingrese la descripción de la imagen aquí

arriba: Ilustración del concepto Range Trigger - usando el histórico sitio de aterrizaje del Mars Science Laboratory (MSL)/Curiosity como ejemplo.

Además, durante la etapa de descenso, las imágenes se compararán en tiempo real con los mapas del terreno almacenados para mejorar la precisión de la ubicación del aterrizaje:

CÓMO LA NAVEGACIÓN RELATIVA AL TERRENO MEJORA LA ENTRADA, EL DESCENSO Y EL ATERRIZAJE

La navegación relativa al terreno mejora significativamente las estimaciones de la posición del rover con respecto al suelo. Las mejoras en la precisión tienen mucho que ver con el momento en que se realizan las estimaciones.

En misiones anteriores, la nave espacial que transportaba al rover estimó su ubicación en relación con el suelo antes de ingresar a la atmósfera marciana, así como durante la entrada, en función de una suposición inicial de los datos radiométricos proporcionados a través de Deep Space Network. Esa técnica tenía un error de estimación antes de EDL de aproximadamente 0,6 a 1,2 millas (alrededor de 1 a 2 kilómetros), que aumenta a aproximadamente (2 a 3 kilómetros) durante la entrada.

Usando la navegación relativa al terreno, el rover Mars 2020 estimará su ubicación mientras desciende a través de la atmósfera marciana en su paracaídas. Eso permite que el rover determine su posición relativa al suelo con una precisión de unos 200 pies (60 metros) o menos.

Se necesitan dos cosas para reducir los riesgos de entrada, descenso y aterrizaje: saber con precisión hacia dónde se dirige el rover y la capacidad de desviarse a un lugar más seguro cuando se dirige hacia un terreno complicado.

ingrese la descripción de la imagen aquí

arriba: Ilustración de navegación relativa al terreno. " La navegación relativa al terreno nos ayuda a aterrizar de manera segura en Marte, ¡especialmente cuando la tierra debajo está llena de peligros como pendientes pronunciadas y rocas grandes! Desde aquí .

En diciembre de 2014 se probó el sistema de visión en el desierto de Mojave . :

ingrese la descripción de la imagen aquí

arriba: " Un prototipo del sistema de visión Lander para la misión Mars 2020 de la NASA se probó en este vuelo del 9 de diciembre de 2014 de un vehículo "Xombie" de Masten Space Systems en el puerto aéreo y espacial de Mojave en California. Credit: NASA Photo/Tom Tschida "Desde aquí " .

Por supuesto, dado el historial de exploración de Marte, probablemente no podrá desplegar el paracaídas en absoluto...
@Sean, son misiones de la ESA, no misiones de la NASA.
@jwenting mi próxima pregunta ¿Cómo pueden los marcianos distinguir la agencia espacial de una nave espacial que se aproxima para decidir si la dejarán aterrizar?
@uhoh, ¿intenta pagar sus tarifas de aterrizaje en euros o dólares? ;)
@jwenting eso es correcto. También hay fallas de la NASA allí. Ese era un poco mi punto; la respuesta a mi "siguiente pregunta propuesta" sería "no lo hacen" o "lanzan dados marcianos de 42 caras como todos los demás".

Navegación inercial con "arreglos" ocasionales para restablecer la posición dentro de los límites de precisión deseados.

Las correcciones pueden ser fotos del suelo, posiciones de estrellas, triangulación de radio o entradas de estaciones de seguimiento externas, no solo satélites. Una plataforma inercial tendrá giroscopios para la rigidez, acelerómetros para detectar cambios en la velocidad (aceleración) y cardanes para detectar cambios angulares. Haga girar los giroscopios, ingrese una posición y dirección de inicio. Y haga que una computadora detecte cualquier cambio desde el principio para actualizar la latitud y la longitud. Las correcciones externas solo son necesarias para las correcciones de errores que se propagan con el tiempo.

Radar, técnicas de mapeo terrestre, acelerómetros y muchas otras formas de tener una idea relativa de dónde se encuentra.

Una universidad austriaca está trabajando en eso ahora mismo. Usan una cámara a bordo para la navegación (ver más abajo).

Además, un dron reciente en Kickstarter utiliza la odemetría para el posicionamiento. El proyecto no terminó tan bien, pero en días sin viento, si no hay problemas, el dron funciona: Ver aquí

Investigadores de Alpen-Adria-Universität Klagenfurt de Klagenfurt participan en una misión análoga a Marte en Omán :

“Los aviones son rápidos y muy maniobrables. Pueden explorar entornos desconocidos, por ejemplo en Marte, más rápidamente que los robots terrestres”, explica Stephan Weiss (Departamento de Tecnologías de Sistemas Inteligentes de la AAU). Sin embargo, dice: “El problema que tenemos es la navegación de este tipo de drones en situaciones en las que no hay un GPS en el que confiar”. Para abordar este problema, él y su equipo han estado trabajando en el desarrollo de métodos basados ​​en cámaras para la navegación autónoma diseñados, entre otros, para facilitar el despliegue de helicópteros durante las Misiones a Marte.

El dron que se probará es un pequeño avión multicóptero equipado con una cámara y una unidad de medición inercial, así como un sistema de procesamiento de datos. Stephan Weiss explica: "Los algoritmos de navegación del dron han sido diseñados para navegar sobre el terreno basándose exclusivamente en imágenes grabadas por su propia cámara a bordo y en la entrada de las propias mediciones inerciales del sistema". En el caso de la misión en Omán , tras el despliegue de la aeronave, las imágenes registradas por la cámara de a bordo se sincronizarán con datos inerciales y GPS. El objetivo es verificar si la detección de posición visual de la aeronave funciona correctamente. “Planeamos desplegar el multicóptero en diferentes momentos del día y en diferentes paisajes. Posteriormente, se compararán los resultados recopilados”, explica Weiss.

Los experimentos se llevarán a cabo dentro del alcance de la Misión AMADEE-18 del Foro Espacial de Austria. El Control de la Misión se encuentra en el Centro de Apoyo a la Misión en Innsbruck. Este equipo iguala en tamaño al Control Terrestre de la Tierra y se comunicará con los 15 miembros de la tripulación de campo en Omán, compuesta por miembros de nueve naciones diferentes, incluidos los astronautas análogos. Estarán realizando experimentos en los campos de ingeniería, exploración tripulada de superficies planetarias, astrobiología, geofísica/geología, ciencias de la vida y más. La misión está programada para realizarse del 1 al 28 de febrero de 2018.

Esta es una respuesta de solo enlace . ¿Puedes editarlo e incluir las partes esenciales que responden a la pregunta aquí ?
la explicación tl;dr es que los enlaces se rompen con el tiempo y la respuesta se vuelve inútil para futuros lectores a menos que capture algunos puntos clave aquí, ya sea resumiendo la información importante o citándola. Seguí adelante y mostré un ejemplo de cómo podría funcionar, pero siéntase libre de retroceder o editar más. ¡Bienvenidos al Espacio!
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