Kiedy inżynierowie NASA chcą przetestować nowe pomysły na eksplorację Marsa, najpierw muszą stworzyć warunki jak najbardziej wierne „marsjańskim” tutaj na Ziemi. Dlatego od dziesięcioleci wracają na pustynie amerykańskiego Zachodu – szczególnie do kalifornijskiej Doliny Śmierci i szerszego obszaru Mojave – gdzie nagie wydmy i szorstkie wulkaniczne zbocza oferują idealny, ale bezlitosny poligon. W tym roku ten krajobraz ponownie stał się klasą na otwartym powietrzu: zespół z Jet Propulsion Laboratory (JPL) przeprowadził dwie intensywne kampanie terenowe, pod koniec kwietnia i na początku września 2025 roku, z trzema dronami badawczymi wyposażonymi w nową generację oprogramowania do autonomicznej nawigacji. Mowa o zestawie rozwiązań rozwijanym w JPL pod nazwą programu Extended Robust Aerial Autonomy – ambitnym dążeniu, aby przyszłe statki powietrzne nad Marsem niezawodnie latały nawet tam, gdzie „oszukują” je monotonne wydmy, a bezpiecznie lądowały tam, gdzie teren jest naszpikowany skałami.

Od Ingenuity do „bardziej odpornej” autonomii

Impuls dla nowej fali testów przyszedł bezpośrednio z lekcji pozostawionych przez Ingenuity, mały helikopter, który w latach 2021–2024 udowodnił, że napędzany lot jest możliwy w rzadkiej marsjańskiej atmosferze. W końcowej fazie swojej misji, podczas serii przelotów nad jednolitymi, łagodnie pofalowanymi wydmami, wizualna odometria Ingenuity była okresowo wprowadzana w błąd: grunt wszędzie „wyglądał” podobnie, kontrast był słaby, a algorytm trudniej szacował rzeczywistą prędkość i przemieszczenie. Dnia 18 stycznia 2024 roku, podczas 72. lotu, helikopter doświadczył gwałtownego kontaktu z podłożem i uszkodził łopaty wirnika; 25 stycznia NASA potwierdziła koniec jego fazy lotnej. Chociaż statek spektakularnie przekroczył plan (72 loty zamiast kilku planowanych), to właśnie monotonne wydmy – paradoksalnie – nauczyły najważniejszej lekcji: systemy autonomiczne muszą „czytać” nawet najnudniejszy możliwy widok.

Dlaczego Dolina Śmierci i Mojave?

Położona w sercu północnoamerykańskich pustyń, Dolina Śmierci od dziesięcioleci jest „zastępczym Marsem” dla NASA. Już od lat 70., kiedy przeprowadzano tam terenowe pomiary przygotowawcze dla misji Viking, obszar ten oferuje dwa skrajnie różne, a dla nawigacji równie trudne światy: nagie, jednolite wydmy Mesquite Flat Sand Dunes i skaliste zbocza obszaru, który badacze potocznie nazywają Mars Hill. Na wydmach oprogramowanie łatwo traci punkty orientacyjne, ponieważ wzory piasku są powtarzalne i ubogie w detale. Na Mars Hill z kolei jest zbyt wiele „przeszkód”: krawędzie, cienie i szorstkie płyty kamienia testują zdolność systemu do rozpoznawania w locie bezpiecznych stref lądowania. Właśnie ta kombinacja „pusto – zbyt tłoczno” czyni Dolinę Śmierci idealnym poligonem do uczenia systemów, które muszą działać i tam, gdzie kamera widzi za mało, i tam, gdzie widzi „za dużo”.

Kampanie lotne 2025: dwa terminy, jedna misja

Podczas dwóch kampanii – pod koniec kwietnia i na początku września 2025 roku – zespół JPL, za specjalnymi pozwoleniami zarządu parku, wykonał serię krótkich lotów w porannych i późpopołudniowych „oknach”, kiedy termika i wiatr są bardziej przewidywalne. Temperatury sięgały 45°C, więc harmonogram, logistyka i ochrona sprzętu były częścią problemu inżynierskiego. Pod tymczasowym schronieniem (namiot z wentylacją) śledzono telemetrię i strumienie wideo, a po każdym locie następowała szybka analiza i ponowny start ze zmienionymi parametrami. Dla dodatkowego zróżnicowania terenu część testów przeniesiono również na Dumont Dunes w Mojave – miejsce, w którym NASA jeszcze w 2012 roku sprawdzała mobilność łazika Curiosity – aby wystawić oprogramowanie na rytmiczne, nieregularnie rozmieszczone fale piasku, które łatwo „mylą” algorytm.

Trzy drony, trzy role

Aby przyspieszyć iteracje, użyto trzech różnie skonfigurowanych platform. „Sensorowy muł” niósł więcej kamer i zestaw wymiennych filtrów optycznych i polaryzacyjnych; celem było zbadanie, jak poszczególne okna spektralne wzmacniają lokalny kontrast na piasku i pomagają w detekcji mikrostruktur. Drugi statek był „obliczeniowym ścigaczem” – z szybszym przetwarzaniem na krawędzi (edge computing), gdzie obracały się warianty wizualnej odometrii, algorytmy detekcji cech i oceny ryzyka. Trzeci dron był „bazowy” (baseline) – odniesienie dla porównań – z ustawieniami, które minimalnie zmieniano, aby każdą zmianę można było przypisać dokładnie temu, co rzeczywiście testowano.

Co dokładnie oznacza „extended robust aerial autonomy”?

W centrum podejścia jest wielopoziomowa fuzja czujników i „świadomość własnej niepewności”. Na najniższym poziomie wizualna odometria łączy klatki z kamer z danymi mierników inercyjnych (IMU), aby oszacować prędkość i położenie. Ale gdy tylko algorytm rozpozna, że scena traci informatywność – na przykład dlatego, że ciągi piaszczystych żeber się powtarzają, a cienie są krótkie – system zwiększa poleganie na alternatywnych sygnałach (barometr, modele wiatru, ograniczenia dynamiki lotu). Ponadto może wykonać krótki manewr „pop-up”: wzniesienie się o kilka metrów, aby na chwilę „zmienić perspektywę”, uchwycić rzeźbę terenu z większym kontrastem i zresetować skumulowany błąd. Na wyższym poziomie działa ocena ryzyka przy lądowaniu: semantyczna segmentacja sceny (piasek, kamień, cień, ślady) i szybka miara „szorstkości” generują mapę kandydackich stref, a planowanie wybiera tę, która spełnia kryteria bezpieczeństwa i nauki.

Geolodzy jako współgracze oprogramowania

Geologia terenowa nie jest tu dekoracją, lecz częścią algorytmu. Geolodzy mapowali typy piasku, kierunki przeważających wiatrów i mikro-rzeźbowe „pułapki”, aby telemetria mogła zostać powiązana z procesami kształtującymi wydmy. Jeśli dron ma poszukać śladów osadu, który dłużej zatrzymuje wodę, lub drobnego pyłu z potencjalnie ciekawymi sygnałami mineralnymi, system musi wiedzieć, kiedy warto zainwestować energię w przelot nad „trudnymi” strefami i gdzie jest najbardziej prawdopodobne bezpieczne lądowanie. W praktyce to synergia nauki i nawigacji: mapa ryzyka i mapa zainteresowania geologicznego powstają razem i konkurują o ten sam cel – lepszą naukę bez niepotrzebnego ryzyka.

Co przyniosła praktyka: konkretne zyski

Już po dwóch kampaniach odnotowano namacalne postępy. Ustalono kombinacje filtrów, które poprawiają śledzenie gruntu nad jednolitymi scenami; zwalidowano taktyki krótkich wznoszeń „pop-up” dla resetowania błędu; a nowe algorytmy do wyboru miejsc lądowania w scenach „zagraconych”, jak Mars Hill, wykazały większą odporność na cienie i geometryczne złudzenia. Przetestowano również procedury „powrotu z krawędzi” – co zrobić, gdy system wykryje wzrost niepewności we własnej ocenie położenia – aby zapobiec efektowi domina błędów. Szczególną uwagę poświęcono krótkotrwałym wiry piaskowym („blowback”), które mogą zasypać czujniki: opracowano szybkie procedury czyszczenia danych i detekcji anomalnego szumu.

Szerszy kontekst: 25 technologii dla Czerwonej Planety

Testy lotne są częścią szerszego portfolio programu Mars Exploration Program, który w latach 2024 i 2025 wsparł dwadzieścia i więcej kierunków rozwoju – od autonomii i komunikacji po precyzyjne lądowanie (EDL) i lepsze „obliczanie na krawędzi”. Idea jest jasna: przyszłe roboty muszą podejmować więcej dobrych decyzji na samym terenie, bez czekania na instrukcje z Ziemi (co z powodu opóźnienia sygnału może trwać i ponad 20 minut w jedną stronę), a zebrane dane powinny być wyższej jakości już „w pierwszym przebiegu”. W planach wspomina się również o bardziej zaawansowanych platformach lotniczych (np. koncepcje typu Mars Science Helicopter) oraz systemach rojowych z wieloma mniejszymi helikopterami w różnych rolach – od zwiadu i mapowania po przekaźniki komunikacyjne i logistyczne dostawy małych ładunków.

Ingenuity jako wzór – i ostrzeżenie

Dziedzictwo Ingenuity jest dwojakie: zainspirowało falę nowych pomysłów, ale też bardzo konkretnie pokazało, gdzie są ograniczenia nawigacji wizualnej. Analizy opublikowane pod koniec 2024 roku potwierdziły, że jednolite wydmy doprowadziły do błędnych ocen prędkości horyzontalnych przy przyziemieniu, co najprawdopodobniej skutkowało uszkodzeniem łopat. Te spostrzeżenia zostały teraz przetłumaczone na wymóg „bardziej odpornej” autonomii: system musi wiedzieć, kiedy jego scena jest „uboga” i jak to kompensować, a procedury lądowania muszą być bardziej tolerancyjne na krótkotrwałe błędy.

Robot-psy w White Sands: co robią czworonożni zwiadowcy

Kalifornijska pustynia nie jest jedynym miejscem tego lata. W sierpniu 2025 roku naukowcy i inżynierowie z Johnson Space Center NASA wraz z partnerskimi uniwersytetami spędzili pięć dni na gipsowych wydmach Parku Narodowego White Sands w Nowym Meksyku. Tam trenowali czworonożne roboty – „robotyczne psy” – do poruszania się po luźnym, jasnym podłożu, fuzji LIDAR-u, stereowizji i inercji oraz do podstawowych zadań naukowych, takich jak rozpoznawanie warstw i pobieranie próbek. Takie platformy mogą pierwsze wejść w trudniejsze tereny, mapować osłony od wiatru, oznaczyć bezpieczne strefy dla lądowania pojazdów powietrznych i ustawić tymczasowe węzły meteorologiczne i komunikacyjne. W połączeniu z dronami mowa o symbiozie lądu i powietrza, która otwiera przyszłym misjom ambitniejsze profile badań.

Atmosfera, która „trzaska”: dlaczego meteorologia jest ważna i dla lotu

Niedawne obserwacje wyładowań elektrycznych („mini-błyskawic”) w atmosferze Marsa, powiązanych z diabłami pyłowymi, przypominają, że otoczenie nie jest statyczną kulisą. Dla platform powietrznych oznacza to kolejne wejście do modelu ryzyka: rozpoznać wzorce poprzedzające takie zjawiska, zmienić wysokość, skrócić trasę lub opóźnić lądowanie. Równolegle na statki trafia coraz solidniejsze obliczanie (HPSC), które umożliwia bardziej złożone modele w czasie rzeczywistym, w tym nadzorowane uczenie się na samej misji: dron buduje „dziennik sytuacji” i przez tygodnie pracy staje się lepszy w przewidywaniu własnych słabości.

Choreografia operacyjna: odprawa – lot – analiza – iteracja

W terenie wszystko wyglądało jak mała misja kosmiczna. Dzień zaczynał się odprawą z prognozą wiatru i nasłonecznienia, definicją eksperymentów i podziałem ról. Następowały krótkie loty z jasno zadanymi celami, potem natychmiastowe pobieranie logów, synchronizacja klatek wideo i wykresów oraz szybkie obliczenia statystyczne: jak rósł dryf, jaka była gęstość „pewnie wykrytych” cech, gdzie semantyczna segmentacja miała rację, a gdzie się pomyliła. Udane scenariusze wracały w powietrze z mniejszymi korektami; problematyczne były reprodukowane w symulatorze przed kolejną zmianą. Taki rytm zamyka pętlę uczenia się i oszczędza czas w terenie, który w warunkach pustynnych jest cenny.

Technika pod maską: czujniki, filtry, semantyka

Największe zyski pokazały się tam, gdzie łączą się dobry sprzęt i sprytne oprogramowanie. Różne filtry optyczne i polaryzacyjne pomogły uwydatnić krawędzie i mikrotekstury piasku nawet wtedy, gdy cienie są minimalne. Semantyczna segmentacja – podział sceny na kategorie takie jak „piasek”, „kamień”, „cień”, „ślad” – umożliwiła algorytmowi zignorowanie mylących sygnałów (np. ciemnych cieni, które wyglądają jak „dziury”) i pewniejszą ocenę szorstkości i nachylenia. Ponadto wprowadzono szybkie procedury „odpytywania” własnej niepewności: jeśli model oceni, że błąd rośnie powyżej progu, system szuka dodatkowego informatywnego kadru lub koryguje profil lotu.

Logistyka i ochrona środowiska: jak latać w obszarze chronionym

Dolina Śmierci jest ściśle chronionym parkiem narodowym, więc loty są dozwolone tylko za specjalnymi pozwoleniami i ścisłymi protokołami. W tym roku zespół JPL otrzymał dopiero trzecie takie pozwolenie w historii. Loty były ograniczone czasowo i przestrzennie, korytarze starannie zdefiniowane, a wszystko po to, by zmniejszyć wpływ na odwiedzających i wrażliwe środowisko. Jednocześnie właśnie ta współpraca z zarządem parku podkreśla wagę miejsca: Dolina Śmierci to nie tylko spektakl, ale i żywe laboratorium, które pomaga zrozumieć procesy pustynne na Ziemi – i światy poza nią.

Spojrzenie w przyszłość: od prototypu do misji

Co dalej? Krótkoterminowo nowe algorytmy „kalibrują się” na coraz bogatszym zbiorze danych lotnych i porównują z obserwacjami marsjańskimi (np. nagraniami Perseverance i orbiterów). Średnioterminowo wchodzą one w demonstratory i koncepcje wymieniane w planach programu Mars Exploration Program na następną dekadę: zaawansowane helikoptery naukowe, zespoły powietrzno-lądowe i misje logistyczne o małej nośności. Długoterminowo cel jest jasny: robotyczne statki powietrzne, które nad Marsem latają dalej, lądują bezpieczniej i wykonują sensowniejsze zadania naukowe – nawet w najbardziej niewdzięcznych terenach. Jeśli autonomia zdoła „czytać” piasek bez wzorów i sprawnie wybierać miejsca lądowania wśród skał, nauka zyska i szerokość, i głębokość, jakiej dotąd nie mogliśmy planować.