NASA下一部月球車將運(yùn)行開源軟件，以尋找可用于制備火箭燃料的固態(tài)水

NASA 將在 2023 年**** VIPER（揮發(fā)性物質(zhì)調(diào)查用極地探險(xiǎn)車），它會行駛于月球表面，尋找有朝一日可用于制備火箭燃料的固態(tài)水。這臺月球車將裝備 NASA 所能擁有的最頂級的儀器設(shè)備和工具，包括能在月壤上正常旋轉(zhuǎn)的車輪和能在地外環(huán)境進(jìn)行挖掘的鉆頭，這些硬件設(shè)備可以經(jīng)受住長達(dá)十四天、氣溫低至 -173℃ 的月夜的考驗(yàn)。

但是，盡管 VIPER 在很大程度上是獨(dú)一無二、專為其任務(wù)而定制的，它運(yùn)行的許多軟件卻是開源的，這意味著任何人都可以出于任何目的而使用、修改或傳播它。如果能成功的話，這次任務(wù)不僅將為未來的月球殖民地打下基石，它可能還會成為一個(gè)拐點(diǎn)，能讓航天工業(yè)換個(gè)角度去思考如何開發(fā)和操作自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備。

我們在談?wù)摵教烊蝿?wù)時(shí)很少會想到開源技術(shù)，造一個(gè)能****到太空、順利抵達(dá)目的地、并在離地球成百上千（甚至上萬乃至幾十萬）英里遠(yuǎn)的地方完成一系列特定任務(wù)的東西往往成本不菲。

人們會自然而然地把與其相關(guān)的知識視若珍寶、嚴(yán)加看管。相比之下，開源軟件則更多地與小型項(xiàng)目的蹩腳編程相聯(lián)系，比如黑客馬拉松活動(dòng)和學(xué)生展示之類的，充斥于 GitHub 等在線庫中的代碼通常是缺少資金、沒有從零開始寫代碼的資源的團(tuán)隊(duì)所采用的廉價(jià)解決方案。

但是，航天工業(yè)正在迅速擴(kuò)張，這在很大程度上是因?yàn)榇嬖诖罅窟M(jìn)入太空的需求。這也就意味著需要使用成本更低、更易獲得的技術(shù)，軟件也包括其中。

就算是對于 NASA 這樣不差錢的巨頭來說，開源方法也終將帶來軟件層面上的加強(qiáng)。“我想說，目前的飛行軟件，在航天領(lǐng)域中非常平庸，”旅行者太空控股（Voyager Space Holdings）的主席兼 CEO 迪倫·泰勒 （Dylan Taylor）說。

此話的背景是，波音的 Starliner 飛船在 2019 年由于軟件故障試飛失敗了，如果它是開源的，哪怕是最聰明的科學(xué)家，也可以像業(yè)余的開發(fā)者一樣，利用更多人的專業(yè)知識和反饋來解決問題。

基本上，如果它符合 NASA 的要求，那它就應(yīng)該能滿足任何在太空中操縱自動(dòng)機(jī)械的需求。想以低成本****衛(wèi)星和探測器的企業(yè)和國家機(jī)構(gòu)在世界各地不斷涌現(xiàn)，對于他們來說，能夠自如應(yīng)對航天任務(wù)這種高風(fēng)險(xiǎn)情境的廉價(jià)自動(dòng)化機(jī)械軟件是重大利好。

開源軟件也有助于降低前往太空的成本，因?yàn)樗鼤砣巳硕伎刹杉{和使用的標(biāo)準(zhǔn)，定制代碼的高成本將不復(fù)存在，新任的工程師通常都使用過開源框架。“如果我們對這一點(diǎn)加以利用，讓他們能在飛行任務(wù)中運(yùn)用更多在學(xué)校學(xué)到的東西，那將會縮短他們的適應(yīng)過程，”泰瑞·他是 NASA 在加州山景城的埃姆斯（Ames）研究中心的智能機(jī)器人團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，也是 VIPER 任務(wù)的副領(lǐng)隊(duì)，泰瑞還表示，“它讓我們能更快地把研究領(lǐng)域中的突破運(yùn)用到飛行任務(wù)中。”

在過去 10 到 15 年間，NASA 已經(jīng)在許多研究與發(fā)展（R&D）項(xiàng)目中運(yùn)用過開源軟件了——它保留著大量使用過的開源代碼的目錄，但這項(xiàng)技術(shù)在自動(dòng)化航天機(jī)械中的實(shí)際應(yīng)用尚無太多先例。

“機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）”是 NASA 試驗(yàn)過的系統(tǒng)之一，它是由總部同樣位于山景城的非營利組織“開放機(jī)器人”（Open Robotics）進(jìn)行維護(hù)和更新的一組開源軟件框架，ROS 已經(jīng)在國際空間站的科研助理機(jī)器人 Robonaut2 號上應(yīng)用過了，目前正在國際空間站里飛來飛去、幫助宇航員開展日常工作的自動(dòng)化機(jī)器人 Astrobee 也使用了 ROS。

ROS 將會運(yùn)行和推進(jìn)對于所謂“地面飛行控制”至關(guān)重要的一系列任務(wù)，VIPER 將由 NASA 的地面人員操縱，地面飛行控制會運(yùn)用 VIPER 搜集到的數(shù)據(jù)來繪制實(shí)時(shí)地圖，并渲染月面環(huán)境以供月球車操作人員進(jìn)行安全導(dǎo)航。

這臺月球車軟件的其它部分也有開源的 root：譬如遙感和內(nèi)存管理等基本功能是由一個(gè)被稱作核心飛行系統(tǒng)（cFS）的車載程序負(fù)責(zé)的，這個(gè)程序由 NASA 自行研發(fā)并發(fā)布于 GitHub 上，可以免費(fèi)使用。VIPER 在月球車本體之外的其它任務(wù)操作則由 Open MCT 負(fù)責(zé)處理，這也是 NASA 自研的。

相比于火星，月球的環(huán)境很難在地球上進(jìn)行模擬，這意味著對月球車的軟硬件構(gòu)件開展測試并非易事。泰瑞·方表示，對于這次任務(wù)而言，依靠包括開源軟件在內(nèi)的數(shù)字模擬來對月球車的構(gòu)件進(jìn)行測試是更合理的選擇。

這次任務(wù)選擇依靠開源軟件的另一個(gè)原因是，月球離地球足夠近，可以對月球車進(jìn)行基本上是實(shí)時(shí)的控制，這意味著可以在地面上運(yùn)行某些軟件，而不必將其掛載在月球車上。

“我們決定把月球車的大腦分置于地球和月球上，”泰瑞·方說，“這樣一來，我們就有可能去使用不受輻射、艱苦的飛行和計(jì)算能力限制的軟件，我們可以把成品的商業(yè)軟件直接拿來用。所以我們可以在地面上使用比如 ROS 這種很多人很常用的軟件。我們不用完全依靠定制軟件?！?/span>

VIPER 使用的軟件也并非百分百開源。例如，它的機(jī)載飛行系統(tǒng)用的就是非常可靠的專利軟件。但不難想象的是，未來會有更多任務(wù)采用并擴(kuò)展VIPER所使用的軟件?！拔叶紤岩?NASA 的下部月球車要用 Linux 系統(tǒng)了，”泰瑞·方說。

要在所有情況下都使用開源軟件是永遠(yuǎn)都不可能的，安全性可能是個(gè)問題，這會讓有些機(jī)構(gòu)堅(jiān)持全部使用專利技術(shù) （盡管開源平臺的優(yōu)勢之一是開發(fā)者對于發(fā)現(xiàn)漏洞和發(fā)布補(bǔ)丁非常公開）。泰瑞·方也強(qiáng)調(diào)，有些任務(wù)對于開源技術(shù)來說始終都顯得過于專業(yè)或先進(jìn)，它們不能太過依賴開源技術(shù)。

盡管如此，轉(zhuǎn)向開源社群的不僅是 NASA，Blue Origin 最近宣布，它將會和數(shù)個(gè) NASA 團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作，以開源框架為基礎(chǔ)“為自動(dòng)機(jī)械的智能化和自主化編寫代碼”（但該公司拒絕透露合作細(xì)節(jié)）。

體量更小的創(chuàng)業(yè)公司——比如總部位于希臘、為小型衛(wèi)星提供開源硬件和軟件的“自由太空基金”（Libre Space Foundation）——?jiǎng)荼貢S著航天飛行成本的降低而受到更多關(guān)注。Open Robotics 的 CEO 布萊恩·格爾基（Brian Gerkey）說：“這是個(gè)多米諾骨牌效應(yīng)。一旦有像 NASA 這種的大型機(jī)構(gòu)公開說‘我們要依靠這個(gè)軟件了’，就會有其它機(jī)構(gòu)想抓住風(fēng)口，它們會投身其中，完成那些讓這個(gè)軟件可堪 NASA 之用的必要工作。”