Les mini rovers autonomes « qui changent la donne » de la NASA feront équipe pour explorer la Lune

Travaillant ensemble sans intervention humaine directe, trois rovers de la taille d’un bagage à main cartographieront la surface lunaire en 3D, à l’aide de caméras et d’un radar à pénétration de sol.

Nasa envoie un trio de rovers miniatures sur la Lune pour voir dans quelle mesure ils peuvent coopérer les uns avec les autres sans intervention directe des contrôleurs de mission sur Terre. Expérience de travail d’équipe pour démontrer une nouvelle technologie, le projet CADRE (Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration) marque une nouvelle étape de l’agence vers le développement de robots qui, en fonctionnant de manière autonome, peuvent augmenter l’efficacité des futures missions. Et, en prenant des mesures simultanées à partir de plusieurs endroits, les rovers sont censés montrer comment les missions multirobots pourraient potentiellement permettre de nouvelles sciences ou soutenir les astronautes.

Une paire de prototypes en plastique des rovers CADRE démontrent la conduite en formation lors d’un test au JPL l’année dernière. Sept de ces prototypes « Mercury 7 » ont été construits, chacun portant le nom de l’un des sept astronautes du projet Mercury de la NASA. John (pour John Glenn) et Scott (pour Scott Carpenter) sont présentés ici. Crédit : NASA/JPL-Caltech

Détails de la mission

Actuellement prévus pour arriver à bord d’un atterrisseur en 2024 dans le cadre de l’initiative CLPS (Commercial Lunar Payload Services) de la NASA, les trois petits rovers de CADRE seront descendus sur la région Reiner Gamma (voir image ci-dessous) de la Lune via des attaches. Chacun de la taille d’une valise à main, les rovers à quatre roues conduiront pour trouver un endroit pour bronzer, où ils ouvriront leurs panneaux solaires et se rechargeront. Ensuite, ils passeront environ 14 jours terrestres – les heures de clarté d’un seul jour lunaire – à mener des expériences conçues pour tester leurs capacités.

Cette image de Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA représente Reiner Gamma, une tache lumineuse au milieu de la jument Oceanus Procellarum, autrement sombre, sur le côté proche de la Lune. Bien que visible depuis un télescope d’arrière-cour, la vue de LRO depuis l’orbite révèle des vrilles qui s’étendent sur plusieurs centaines de kilomètres. Les tourbillons lunaires sont des éléments lumineux, souvent sinueux, ressemblant à des peintures abstraites. Ils sont uniques à la Lune. Crédit : Équipe scientifique NASA LRO WAC

« Notre mission est de démontrer qu’un réseau de robots mobiles peut coopérer pour accomplir une tâche sans intervention humaine – de manière autonome », a déclaré Subha Comandur, chef de projet CADRE au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. « Cela pourrait changer notre façon de faire de l’exploration à l’avenir. La question pour les futures missions deviendra : ‘Combien de rovers enverrons-nous, et que feront-ils ensemble ?’

Les contrôleurs de mission sur Terre enverront une large directive à la station de base des rovers à bord de l’atterrisseur de 13 pieds de haut (4 mètres de haut). Ensuite, l’équipe de petits robots élira un « chef », qui à son tour distribuera des tâches pour atteindre l’objectif collectif. Chaque rover trouvera la meilleure façon d’accomplir en toute sécurité la tâche qui lui est assignée.

« La seule instruction est, par exemple, » Allez explorer cette région « , et les rovers découvrent tout le reste : quand ils conduiront, quel chemin ils emprunteront, comment ils manœuvreront autour des dangers locaux », a déclaré JPLde Jean-Pierre de la Croix, chercheur principal du CADRE. « Vous ne leur dites que l’objectif de haut niveau, et ils doivent déterminer comment l’atteindre. »

Un rover de développement qui fait partie de la démonstration de la technologie CADRE (Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration) de la NASA roule sur un rocher lors de son premier trajet autonome autour du Mars Yard au Jet Propulsion Laboratory de l’agence en Californie du Sud en juin 2023. Sous un auvent derrière le rover sont, de gauche à droite, la stagiaire diplômée Natalie Deo et le responsable de la vérification et de la validation CADRE Sawyer Brooks du JPL. L’équipe CADRE a testé avec succès une nouvelle conception de roue, un logiciel de navigation de surface et des capacités de mobilité, entre autres aspects du projet. Crédit : NASA/JPL-Caltech

Expériences en travail d’équipe

Les rovers devront faire face à plusieurs tests – tous à la vue d’une caméra de surveillance sur la station de base au sommet de l’atterrisseur. La première consiste à conduire en formation et à maintenir le cap à l’aide de radios ultra large bande pour maintenir leurs positions relatives tout en s’appuyant sur des capteurs pour éviter les obstacles. Dans une deuxième expérience, les rovers emprunteront chacun un chemin de leur choix pour explorer une zone désignée d’environ 4 300 pieds carrés (400 mètres carrés), créant une carte topographique 3D avec des caméras stéréo. Le projet évaluera également dans quelle mesure l’équipe s’adapterait si un rover s’arrêtait de fonctionner pour une raison quelconque. Le succès indiquera que les missions multirobots sont un bon choix pour explorer un terrain dangereux mais scientifiquement enrichissant.

L’ingénieur Kristopher Sherrill observe un rover modèle de développement lors d’un test pour la démonstration de la technologie CADRE de la NASA dans le Mars Yard du JPL en juin. L’équipe a testé une nouvelle conception de roue, un logiciel de navigation de surface et des capacités de mobilité, entre autres aspects du projet. Crédit : NASA/JPL-Caltech

Fonctionnalités et défis supplémentaires

Et bien que CADRE ne se concentre pas sur la conduite de la science, les rovers embarqueront des radars multistatiques pénétrant dans le sol. Conduisant en formation, chaque rover recevra la réflexion des signaux radio envoyés par les autres, créant une image 3D de la structure du sous-sol jusqu’à 33 pieds (10 mètres) en dessous. Ensemble, ils peuvent recueillir des données plus complètes que les radars à pénétration de sol à la pointe de la technologie, comme celui de Perseverance de la NASA. Mars rover, RIMFAX (Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment).

« Nous verrons comment plusieurs robots travaillant ensemble – effectuant plusieurs mesures à différents endroits en même temps – peuvent enregistrer des données qu’il serait impossible à un seul robot d’obtenir », a déclaré Comandur. « Cela pourrait être une façon révolutionnaire de faire de la science. »

Un rover d’essai CADRE semble attirer l’attention du modèle d’ingénierie beaucoup plus grand du rover Persévérance de la NASA, appelé OPTIMISM, au Mars Yard du JPL. CADRE démontrera comment les missions multirobots peuvent enregistrer des données impossibles à atteindre pour un seul robot – une perspective alléchante pour les missions futures. Crédit : NASA/JPL-Caltech

Travailler intelligemment

Mais CADRE ne se limite pas à tester l’autonomie et les capacités de travail d’équipe : les rovers doivent également survivre à l’environnement thermique difficile près de l’équateur de la Lune, ce qui représente un défi pour de si petits robots. Dans la lumière du soleil brûlante, les rovers pourraient faire face à des températures de midi allant jusqu’à 237 degrés Fahrenheit (114 Celsius). Fabriqués avec une combinaison de pièces disponibles dans le commerce et de composants sur mesure, les rovers doivent être suffisamment robustes pour résister à la chaleur diurne tout en étant compacts et légers.

Dans le même temps, ils doivent disposer de la puissance de calcul nécessaire pour exécuter le logiciel d’autonomie coopérative développé par JPL. C’est un équilibre difficile : les rovers et la station de base du projet tirent leur puissance cérébrale d’une petite puce de traitement (la prochaine génération du processeur de classe téléphone portable à l’intérieur de l’hélicoptère Ingenuity Mars de la NASA), mais l’utilisation du processeur contribue à la chaleur.

Un rover de développement qui fait partie de la démonstration de la technologie CADRE (Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration) de la NASA roule sur un rocher lors de son premier trajet autonome autour du Mars Yard au Jet Propulsion Laboratory de l’agence en Californie du Sud en juin 2023. Sous un auvent derrière le rover sont, de gauche à droite, la stagiaire diplômée Natalie Deo et le responsable de la vérification et de la validation CADRE Sawyer Brooks du JPL. L’équipe CADRE a testé avec succès une nouvelle conception de roue, un logiciel de navigation de surface et des capacités de mobilité, entre autres aspects du projet. Crédit : NASA/JPL-Caltech

Pour éviter que les rovers ne cuisent, l’équipe du CADRE a imaginé une solution créative : des cycles veille-sommeil de 30 minutes. Toutes les demi-heures, les rovers s’arrêteront, se refroidissant via des radiateurs et rechargeant leurs batteries. Lorsqu’ils se réveilleront simultanément, ils partageront leur état de santé les uns avec les autres via un réseau radio maillé (un peu comme un réseau Wi-Fi domestique) et éliront à nouveau un leader en fonction de celui qui est le plus apte à la tâche à accomplir. Ensuite, ils partiront pour une autre tournée d’exploration lunaire.

En savoir plus sur le projet

Le projet CADRE est géré par JPL, une division de Caltech à Pasadena, en Californie, dans le cadre du programme Game Changing Development de la NASA au sein de la Direction des missions de technologie spatiale à Washington, DC Il fera partie de la troisième mission d’atterrisseur lunaire, appelée IM-3 , lancée par Intuitive Machines dans le cadre de l’initiative Commercial Lunar Payload Services (CLPS) de la NASA, également supervisée par la Direction des missions scientifiques à Washington. Le Glenn Research Center de Cleveland et le Ames Research Center de Silicon Valley, en Californie, ont apporté leur soutien au projet. De plus, Motiv Space Systems, situé à Pasadena, en Californie, était responsable de la conception et de la construction des composants matériels essentiels, tandis que l’Université Clemson en Caroline du Sud a fourni un précieux soutien à la recherche.