Le prochain rover lunaire de la NASA utilisera un logiciel open source

Représentation d'artiste de VIPER sur la lune. Nasa

En 2023, la NASA lancera VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover), qui parcourra la surface de la lune et cherchera de la glace d'eau qui pourrait un jour être utilisée pour fabriquer du carburant de fusée. Le rover sera armé des meilleurs instruments et outils que la NASA peut proposer : des roues qui peuvent tourner correctement sur le sol lunaire, une foreuse capable de creuser dans la géologie extraterrestre, du matériel qui peut survivre 14 jours d'une nuit lunaire lorsque les températures chutent à ˗173 °C.

Mais alors qu'une grande partie de VIPÈRE est unique en son genre, conçu sur mesure pour la mission, une grande partie du logiciel qu'il exécute est open-source, ce qui signifie qu'il est disponible pour être utilisé, modifié et distribué par n'importe qui à n'importe quelle fin. Si elle réussit, la mission ne se limitera peut-être pas à jeter les bases d'une future colonie lunaire. Elle peut également constituer un point d'inflexion qui amène l'industrie spatiale à penser différemment la manière dont elle développe et exploite les robots.

La technologie open source vient rarement à l'esprit lorsque nous parlons de missions spatiales. Il faut énormément d'argent pour construire quelque chose qui peut être lancé dans l'espace, se diriger vers sa destination appropriée, puis accomplir un ensemble spécifique de tâches à des centaines ou des milliers (ou des centaines de milliers) de kilomètres. Garder le savoir-faire pour retirer ces choses près de sa poitrine est une inclination naturelle. Les logiciels open source, quant à eux, sont plus généralement associés à une programmation brouillonne pour des projets plus petits, comme des hackathons ou des démonstrations d'étudiants. Le code qui remplit les dépôts en ligne comme GitHub est souvent une solution peu coûteuse pour les groupes à court d'argent et de ressources nécessaires pour créer du code à partir de zéro.

Mais l'industrie spatiale est en plein essor, en grande partie parce qu'il existe une demande pour un accès accru à l'espace. Et cela signifie l'utilisation de technologies moins chères et plus accessibles, y compris les logiciels.

Même pour les grands groupes comme la NASA, où l'argent n'est pas un problème, l'approche open source peut finir par conduire à des logiciels plus puissants. Je dirais que les logiciels de vol sont actuellement assez médiocres dans l'espace, déclare Dylan Taylor, président-directeur général de Voyager Space Holdings. (Exemple : échec du vol d'essai Starliner de Boeing en 2019, qui a été en raison de problèmes logiciels .) Si c'est open-source, les scientifiques les plus intelligents peuvent toujours tirer parti de l'expertise et des commentaires d'une communauté plus large en cas de problème, tout comme le font les développeurs amateurs.

Fondamentalement, si c'est assez bon pour la NASA, cela devrait probablement être assez bon pour quiconque essaie de faire fonctionner un robot hors de cette planète. Avec un nombre toujours croissant de nouvelles entreprises et nouvelles agences nationales autour du monde cherchant à lancer leurs propres satellites et sondes dans l'espace tout en réduisant les coûts, un logiciel de robotique moins cher qui peut gérer en toute confiance quelque chose d'aussi risqué qu'une mission spatiale est une énorme aubaine.

Les logiciels open source peuvent également aider à rendre l'accès à l'espace moins cher, car ils conduisent à des normes que tout le monde peut adopter et utiliser. Vous pouvez éliminer les coûts élevés associés au codage spécialisé. Les frameworks open source sont généralement quelque chose avec lesquels les nouveaux ingénieurs ont déjà travaillé. Si nous pouvons simplement tirer parti de cela et augmenter ce pipeline de ce qu'ils ont appris à l'école à ce qu'ils utilisent dans les missions de vol, cela raccourcit la courbe d'apprentissage, déclare Terry Fong, roboticien en chef du Intelligent Robotics Group au NASA Ames Research Center en Californie. , et chef adjoint du rover pour la mission VIPER. Cela rend les choses plus rapides pour nous de prendre les avancées du monde de la recherche et de les mettre en œuvre.

La NASA utilise des logiciels open source dans de nombreux projets de R&D depuis environ 10 à 15 ans maintenant - l'agence garde une très vaste catalogue du code open-source qu'il a utilisé. Mais le rôle de cette technologie dans les robots réels envoyés dans l'espace est encore naissant. L'un des systèmes testés par l'agence est le Robot Operating System, une collection de cadres logiciels open source maintenus et mis à jour par l'organisation à but non lucratif Open Robotics, également basée à Mountain View. ROS est déjà utilisé dans Robonaut 2, le robot humanoïde qui a contribué à la recherche sur la Station spatiale internationale, ainsi que dans le robot autonome Robots Astrobee bourdonnant autour de l'ISS pour aider les astronautes à exécuter leurs tâches quotidiennes.

Le robot Strobee de la Station spatiale internationale fonctionne sur ROS.

Nasa

ROS exécutera et facilitera les tâches essentielles à ce qu'on appelle le contrôle de vol au sol. VIPER va être conduit par le personnel de la NASA qui fera fonctionner des choses depuis la Terre. Le contrôle de vol au sol utilisera les données collectées par VIPER pour créer des cartes et des rendus en temps réel de l'environnement sur la lune que les conducteurs du rover pourront utiliser pour naviguer en toute sécurité. D'autres parties du logiciel du rover ont également des racines open source : les fonctions de base comme la télémétrie et la gestion de la mémoire sont gérées à bord par un programme appelé système de vol central (cFS) , développé par la NASA elle-même et disponible gratuitement sur GitHub . Les opérations de mission de VIPER en dehors du rover lui-même sont gérées par MCT ouvert , également créé par la NASA.

Comparé à Mars, l'environnement lunaire est très difficile à imiter physiquement sur Terre, ce qui signifie qu'il n'est pas facile de tester les composants matériels et logiciels d'un rover. Pour cette mission, dit Fong, il était plus logique de s'appuyer sur des simulations numériques qui pourraient tester de nombreux composants du rover, y compris le logiciel open source.

Une autre raison pour laquelle la mission se prête à l'utilisation de logiciels open source est que la lune est suffisamment proche pour un contrôle en temps quasi réel du rover, ce qui signifie que certains logiciels n'ont pas besoin d'être sur le rover lui-même et peuvent fonctionner sur Terre à la place.

Nous avons décidé de diviser le cerveau du robot entre la Lune et la Terre, explique Fong. Et dès que nous avons fait cela, cela a ouvert la possibilité que nous puissions utiliser des logiciels qui ne sont pas limités par l'informatique de vol résistante aux radiations, mais à la place, nous pouvons simplement utiliser des ordinateurs de bureau commerciaux standard. Nous pouvons donc utiliser des choses comme le ROS sur le terrain, quelque chose qu'utilisent tellement de gens si régulièrement. Nous n'avons pas à compter uniquement sur un logiciel personnalisé.

VIPER ne fonctionne pas sur un logiciel 100% open-source - son système de vol embarqué, par exemple, utilise un logiciel propriétaire extrêmement fiable. Mais il est facile de voir les futures missions adopter et développer ce que VIPER va exécuter. Je soupçonne que peut-être le prochain rover de la NASA fonctionnera sous Linux, dit Fong.

Il ne sera jamais possible d'utiliser des logiciels open source dans tous les cas. Les problèmes de sécurité pourraient être un problème et pourraient amener certaines parties à s'en tenir entièrement à la technologie propriétaire (bien que l'un des avantages des plates-formes open source soit que les développeurs sont souvent très publics pour trouver des failles et proposer des correctifs). Et Fong souligne également que certaines missions seront toujours trop spécialisées ou avancées pour s'appuyer fortement sur la technologie open source.

Pourtant, ce n'est pas seulement la NASA qui se tourne vers la communauté open-source. Blue Origin a récemment annoncé un partenariat avec plusieurs groupes de la NASA pour coder l'intelligence et l'autonomie robotique construit à partir de frameworks open-source (la société a refusé de fournir des détails). Des initiatives plus modestes comme le Fondation de l'espace libre basé en Grèce, qui fournit du matériel et des logiciels open source pour les activités des petits satellites, devrait attirer davantage l'attention à mesure que les vols spatiaux continuent de devenir moins chers. Il y a là un effet domino, explique Brian Gerkey, PDG d'Open Robotics. Une fois qu'une grande organisation comme la NASA dit publiquement : 'Nous dépendons de ce logiciel', alors d'autres organisations sont prêtes à tenter leur chance et à creuser et à faire le travail nécessaire pour que cela fonctionne pour elles.

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