En ny virtuel tilgang til videnskab i rummet

Da Apollo-astronauter på Månen talte med Mission Control på Jorden, der var et mærkbart tidsgab mellem en udtalelse fra Tranquility Base og dens umiddelbare anerkendelse fra Houston. Mellemrummet varede næsten tre sekunder, eller ti gange længere end menneskelige reaktionstider ville stå for.

Hvad skete der? Svaret er enkelt:plads. Månen kredser langt nok fra Jorden til, at lys (og radio) tager 1,3 sekunder hver vej at rejse afstanden. Ved efterforskningsmål længere væk, forsinkelsen øges; for at udforske Mars, signaler tager mellem 5 og 40 minutter, afhængig af den varierende afstand mellem de to planeter.

"Under Apollo-missionerne, astronauterne lavede videnskabelige observationer og videregav det, de så, tilbage til videnskabsmænd på Jorden. Begge samarbejdede om beslutninger om observationer og hvilke prøver der skulle indsamles og bringes tilbage til Jorden for at give den mest videnskabelige værdi, " siger Kip Hodges, Foundation Professor i ASU's School of Earth and Space Exploration.

"Dette fungerede rimeligt godt til måneudforskninger, men tidsforsinkelsen vil sandsynligvis dramatisk reducere kvaliteten og den videnskabelige værdi af sådanne samarbejder ved at udforske fjerne steder som Mars." Hodges noter, Feltarbejde udføres eksternt på Mars af forskere på Jorden ved hjælp af robotværktøjer såsom Curiosity-roveren. Men det er langsomt.

"Selvom signaler, der kommanderer observationer og målinger, kun tager minutter eller titusinder af minutter at nå Mars, en enkelt forskningsaktivitet på Mars, fra kommando til dataretur, kan tage en dag eller mere, " han siger.

I tidsskriftets 21. juni-udgave Videnskab robotik , Hodges og samarbejdspartnere Dan Lester hos Exinetics og Robert Anderson fra NASAs Jet Propulsion Laboratory foreslår en ny tilgang til videnskabelig udforskning, som de kalder udforskning telepresence.

"I det omfang meget videnskabelig forskning er en proces, hvor bevidsthed driver handling, " siger forfatterne, "kommunikationsforsinkelsen mellem mennesker på Jorden og planetariske udforskningssteder er begrænsende."

Det ideelle er at holde disse forsinkelser, eller "forsinkelser, " inden for længden af ​​menneskelige reaktionstider. En tilgang er at få astronautforskerne til at arbejde direkte på overfladen af ​​en planet. Men at lande mennesker og holde dem sikre er en dyr og farlig strategi.

En sikrere og billigere tilgang, ifølge forfatterne, kan være udforskningsvidenskab ved hjælp af telepresence, en strategi, der er meget brugt på Jorden nu til aktiviteter så delikate og krævende som operation.

"Telepresence betyder, at mennesker betjener robotsystemer fra en afstand tæt nok på, hvor forsinkelsen mellem menneskelig handling og robotresponsen er en brøkdel af et sekund, " forklarer Hodges.

Til Mars-forskning, astronauter kan gå til kredsløb om Mars, men ikke til overfladen. Fra kredsløb, kommunikationsrejsetiden ville være sådan, at en astronaut/videnskabsmand kunne arbejde med en robotsurrogat, at opleve overflademiljøet virtuelt, og laver videnskabelige undersøgelser, som om hun eller han var på jorden.

I øvrigt, mennesker i kredsløb om Mars kunne kontrollere instrumenter i realtid på mange forskellige steder over hele planeten. Og ved at forhindre forurening af Mars med terrestrisk biologi, udforskning teletilstedeværelse fra kredsløb giver også fordele i forhold til in-situ menneskelige opdagelsesrejsende.

Mens forfatterne tilføjer, at videnskabelig forskning udført af mennesker, der arbejder direkte på de andre planetariske overflader, er det ultimative mål, udforskning teletilstedeværelse kan være et vigtigt næste skridt.

"I dag laver vi god videnskab på Mars ved hjælp af telerobotik med lang tidsforsinkelse, men vi kunne gøre meget bedre videnskab meget hurtigere med mennesker på overfladen, ", bemærker Hodges. "Udforskning teletilstedeværelse ville være et rimeligt kompromis, indtil den dag kommer."

I øvrigt, han siger, "Der er vigtige mål for videnskabelig udforskning, som vi i øjeblikket ikke har teknologien til at lande mennesker sikkert på. Telepresence efter udforskning kan i høj grad udvide antallet af destinationer, hvor mennesker kan udføre stor videnskab."