Για να μπει κανείς στην καρδιά του Curiosity δεν αρκεί να διαβάσει μια περιγραφή των τεχνικών χαρακτηριστικών που συγκεντρώνει το ακριβότερο τζιπάκι στον κόσμο
Μοιάζει με παιδικό παιχνίδι που αργοσέρνεται με ψόφια μπαταρία. Τα φαινόμενα όμως απατούν: ο Curiosity Rover («Αλήτης από Περιέργεια» σε ελεύθερη μετάφραση) είναι ένα γήινο ρομπότ μεγέθους τζιπ που ψαχουλεύει το έδαφος του Αρη κινούμενο με… πυρηνική μπαταρία.
Δεν γνωρίζουμε αν οι όποιοι Αρειανοί θα το εκτιμούσαν ως ουρανόπεμπτο θαύμα ή ως έκτρωμα, αλλά εμείς οι Γήινοι θα έπρεπε να είχαμε ήδη κάνει το ρομπότ αυτό θέμα μελέτης σε όλα τα λύκειά μας. Διότι αφενός μεν είναι το αποκορύφωμα της ανθρώπινης τεχνολογίας και αφετέρου δε είναι ένα πρότυπο συνεργατικής ανάπτυξης για το μέλλον. Βλέπετε, ο «Αλήτης» αυτός δομήθηκε με την πιο ολιστική τεχνολογία ανάπτυξης προϊόντων που έχουμε στον πλανήτη – μια τεχνολογία που ξεκίνησε αμερικανική και κατέληξε… γερμανική.
Το Who is Who του «Αλήτη»
Στις 6 Αυγούστου του 2012 μία μεταλλική κάψουλα εισέβαλε στην ατμόσφαιρα του Αρη, οκτώ μήνες αφότου εκτοξεύθηκε από το ακρωτήριο Canaveral της Φλώριδας. Η κάθοδός της διήρκεσε επτά λεπτά – κατά τα οποία μια διαδικασία «ξεπακεταρίσματος» εκτυλίχθηκε στον αέρα (όπου αέρας στον Αρη σημαίνει κυρίως διοξείδιο του άνθρακα) – και ο «Αλήτης» προσεδαφίστηκε επιτυχώς στην περιοχή Αιολίς του Κόκκινου Πλανήτη. Θα παραμείνει περιπλανώμενος εκεί για ένα ολόκληρο αρειανό έτος – ήτοι 23 γήινους μήνες.
Αυτά τα δραματικά επτά λεπτά ήταν η κορύφωση μιας ιστορίας που ξεκίνησε το 2004. Τότε, η NASA ζήτησε προτάσεις για τον διάδοχο των ρομπότ Spirit και Opportunity, που είχαν αρχίσει την εξερεύνηση του Αρη το 2003. Ηθελε ένα ρομπότ που θα ήταν ταυτόχρονα ικανό να μετακινείται σε κάθε έδαφος με ενεργειακή αυτονομία για ένα αρειανό έτος, που θα επιτελούσε γεωλογική ανίχνευση και δειγματοληψία και που θα ανέλυε χημικά τα δείγματα που θα μάζευε, διατηρώντας συνεχή επικοινωνία με τη Γη. Στόχος του; Να αποφανθεί αν η περιοχή προσεδάφισης και ανίχνευσης – μία λωρίδα 5×20 χιλιομέτρων στον κρατήρα Gale του Aρη – είναι κατάλληλη για να υποδεχθεί μια μελλοντική αποστολή ανθρώπων.
Επιστημονικά, οι προδιαγραφές αυτές προϋπέθεταν ένα κινούμενο εργαστήριο (εξ ου και το επίσημο όνομα Mars Science Labοratory για το ρομπότ) που θα ανταποκρινόταν στις εξής οκτώ επιμέρους λειτουργίες: (1) καθορισμός της φύσης και της ποσότητας των οργανικών ενώσεων του άνθρακα στην περιοχή, (2) διερεύνηση των συστατικών ζωής (άνθρακας, οξυγόνο, άζωτο, υδρογόνο, φώσφορος και θείο), (3) προσδιορισμός χαρακτηριστικών που αντιστοιχούν σε βιολογικές διεργασίες, (4) διερεύνηση της χημικής, ισοτοπικής και ορυκτολογικής σύστασης του αρειανού εδάφους, (5) ερμηνεία των διεργασιών που το διαμόρφωσαν, (6) αποτίμηση της μακραίωνης εξέλιξης της αρειανής ατμόσφαιρας, (7) προσδιορισμός της διευθέτησης των υδρορροών και του κύκλου του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα στον πλανήτη, (8) αποτίμηση των ακτινοβολιών στην επιφάνεια του Αρη – περιλαμβανομένης της γαλαξιακής και κοσμικής ακτινοβολίας, όπως και των νετρονίων και των πρωτονίων από τον ηλιακό άνεμο.
Τεχνολογικά, το όχημα που θα ανταποκρινόταν σε μια τέτοια αποστολή αποφασίστηκε πως θα έπρεπε να έχει το μέγεθος μικρού τζιπ (SUV), να είναι κατά το δυνατόν ελαφρύ, να είναι ανθεκτικό αλλά και συνάμα πολυαρθρωτό, με τη μέγιστη δυνατή προσαρμοστικότητα. Οι λύσεις που αναζητήθηκαν για να καλυφθούν όλα αυτά τα προαπαιτούμενα οδήγησαν στη συνεργασία πολλών φορέων, τόσο από τις ΗΠΑ όσο και από την Ευρώπη. Ετσι, μολονότι ελάχιστα τονίζεται από τα ΜΜΕ, στο τελικό ρομπότ συνυπάρχουν όργανα και τεχνογνωσία από τις ΗΠΑ, τη Ρωσία, την Ισπανία και τη Γερμανία, με την τελευταία να συμμετέχει με 3,1 εκατ. ευρώ στον συνολικό προϋπολογισμό των 2,5 δισ. δολαρίων του προγράμματος. Μια διεθνής στρατιά άνω των 100 επιστημόνων και μηχανικών συνεργάστηκαν για την επίτευξη του στόχου – και τα κατάφεραν. Αλλά, πώς; Πώς κατάφεραν να συντονιστούν τόσο αρμονικά σε ένα τόσο πρωτοφανές σε πολυπλοκότητα τόλμημα;
Από τα σχέδια στην κατασκευή
Το Mars Science Laboratory είναι κομμάτι του συνολικού Προγράμματος Εξερεύνησης του Αρη που εκπονεί η NASA. Η διαχείριση του έργου γίνεται από το Jet Propulsion Laboratory του Πολυτεχνείου της Kαλιφόρνιας (Caltech). Οπότε, λογικό ήταν το ότι ο αρχικός σχεδιασμός του ρομπότ έγινε εκεί. Ακολούθησε η εύκολη φάση του «λαϊκού βαπτίσματος» του ρομπότ, μέσω ενός μαθητικού διαγωνισμού στα σχολεία των ΗΠΑ. Τον κέρδισε το 2009 η 12χρονη κινεζικής καταγωγής μαθήτρια του Κάνσας Clara Ma. Στο αιτιολογικό της σημείωμα είχε γράψει: «Η περιέργεια είναι μια διηνεκής φλόγα που καίει στον νου του καθενός μας (…) Ποτέ δεν θα καταφέρουμε να μάθουμε όλα όσα θα θέλαμε, αλλά ήταν αυτή η φλεγόμενη περιέργειά μας που μας έκανε να μάθουμε ως τώρα τόσο πολλά». «Περιέργεια» λοιπόν το νέο όνομα του ρομπότ, αλλά και περίεργο αυτό που επακολούθησε για να υλοποιηθεί.
Από τους πρώτους σκοπέλους του σχεδιασμού, που αφορούσαν την ασφαλή προσεδάφιση ενός τόσο μεγάλου οχήματος και την αυτόνομη κίνησή του για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα, διαφάνηκαν τα προβλήματα κατασκευαστικού συντονισμού. Δεν ήταν μόνο το βάρος ενός τόνου που προβλεπόταν, αλλά και η επικινδυνότητα της «μπαταρίας» που είχε επιλεχθεί: μία γεννήτρια ραδιοϊσοτόπων! Με τη θερμότητα που θα εξέπεμπε η διάσπαση πλουτωνίου-238 θα παραγόταν ηλεκτρική ενέργεια 110 βατ. Η ενέργεια αυτή θα ήταν αρκετή για τη λειτουργία ενός ρομποτικού βραχίονα, υπολογιστών, ραδιοασυρμάτου, επιστημονικών οργάνων και τροχών, αλλά θα χρειαζόταν και υδραυλική ανακύκλωση των υγρών του αντιδραστήρα, προκειμένου να διατηρούν τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα σε θερμοκρασία καλής λειτουργίας. Επειτα, ήταν το θέμα της διάταξης των οργάνων και των μηχανισμών πάνω σε αυτό το τζιπάκι διαστάσεων 3x4x2 μ. Πώς θα τα έκαναν όλα «πτυσσόμενα», ώστε να ταξιδέψουν οριζοντιωμένα, να ξεδιπλωθούν τέλεια κατά την προσεδάφιση και να δουλεύουν ταυτόχρονα και χωρίς μπερδέματα στη φάση της εξερεύνησης; Και βέβαια έπρεπε να βρουν τρόπο να φτάσουν όλα στον Aρη σώα και αβλαβή, καθώς κανένα συνεργείο με ανταλλακτικά δεν θα τα περίμενε. Με βάρος πενταπλάσιο των δύο προηγούμενων ανιχνευτών του Aρη και μέγεθος υπερδιπλάσιο, δεν μπορούσαν να βασιστούν στα μπαλόνια ασφαλείας που είχαν χρησιμοποιήσει για εκείνους. Eπρεπε να κατασκευαστεί ένας αυτόνομος μηχανισμός ξεδιπλώματος για τη φάση πτώσης με αλεξίπτωτο, σε βαθμό τελειότητας που θα επέτρεπε στο Curiosity να προσεδαφιστεί πάνω στις ρόδες του και έτοιμο να κυλήσει.
Τη λύση εναρμόνισης όλων αυτών των κατασκευαστικών λεπτομερειών προσέφερε η γερμανική συμμετοχή στο έργο: η εταιρεία Siemens είχε μία θυγατρική στο Τέξας που ασχολούνταν ακριβώς και μόνο με το λογισμικό διαχείρισης των κατασκευαστικών φάσεων ανάπτυξης ενός προϊόντος. Ενός οποιουδήποτε προϊόντος, από μία ηλεκτρική σκούπα ως τα θηριώδη φορτηγά των ορυχείων ή και ολόκληρα διαστημόπλοια. Το ειρωνικό όμως της ιστορίας είναι πως στην πρόσοψη του κτιρίου της θυγατρικής της Siemens φιγουράριζε ακόμα το λογότυπο «UGS», μιας θυγατρικής της πάλαι ποτέ αμερικανικής κατασκευάστριας αεροπλάνων McDonnell Douglass – που τώρα έχει εξαγοραστεί από τη Boeing. Τι είχε συμβεί;
Η πενιά της Siemens
H ιδέα ενός προγράμματος υπολογιστή που θα καθοδηγούσε εργαλειομηχανές στα εργοστάσια γεννήθηκε το 1963, στο πατάρι ενός… κομμωτηρίου της καλιφορνέζικης κωμόπολης Torrence. Εκεί είχε την έδρα της η εταιρεία λογισμικού United Computing, η οποία υπήρξε από τους πρωτοπόρους της τεχνολογίας που σήμερα ονομάζουμε CAM (Computer-Aided Manufacture, δηλαδή κατασκευή με τη βοήθεια υπολογιστών). Το 1969 η United Computing παρουσίασε το πρώτο αντίστοιχο λογισμικό της, το UNIAPT, που ακολουθήθηκε το 1975 από το πολύ πιο επιτυχημένο Unigraphics. Την επόμενη χρονιά, η McDonnell Douglass εξαγόρασε τη μικρή εταιρεία.
Ακολούθησαν χρόνια επιτυχιών, με το λογισμικό αυτό να διεισδύει στα σχεδιαστήρια όλων των μεγάλων κατασκευαστών αεροσκαφών και αυτοκινήτων. Το 2001 ήταν σημαδιακό για την εξέλιξη της εταιρείας, καθώς άλλαξε το όνομά της σε UGS, συμπεριέλαβε στη σουίτα των σχεδιαστικών προγραμμάτων της τα προγράμματα ανάλυσης υλικών SDRC και Nastran και… βρέθηκε πλήρως εξαγορασμένη από τον κολοσσό του λογισμικού ονόματι EDS. Τελικά, και εν όσω η σειρά προϊόντων της είχε επεκταθεί σε μια ατέλειωτη βιβλιοθήκη προγραμμάτων, η UGS πουλήθηκε το 2007 στη Siemens, αντί τιμήματος 3,5 δισ. δολαρίων.
Η Siemens έκανε αυτή την επένδυση διαβλέποντας εκείνο που διέφευγε από όλους, αλλά ήταν πασιφανές υπό το πρίσμα της γερμανικής λογικής ολοκλήρωσης των πραγμάτων: τα επιμέρους σχεδιομελετητικά προγράμματα που αναπτύσσονταν για τη βιομηχανία διεθνώς μπορεί να παρείχαν άριστες λύσεις ανά τομέα, αλλά έλειπε ένα πλαίσιο που θα ενοποιούσε όλες τις διεργασίες μελέτης και θα συντόνιζε όλες τις λειτουργίες της κατασκευής. Αγόρασε λοιπόν την UGS, μετονομάζοντάς τη σε Siemens PLM Software, και τα επόμενα πέντε χρόνια τη γιγάντωσε μέσω της εξαγοράς άλλων επτά κορυφαίων κατασκευαστών βιομηχανικού λογισμικού: των γερμανικών Innotec, IBS και Perfect Costing Solutions, της γαλλικής Elan, της βραζιλιάνικης ATSA, της αμερικανικής Vistagy και της βελγικής VRcontext.
Το αποτέλεσμα ήταν να κατέχει σήμερα η Siemens τη διεθνώς κορυφαία οικογένεια προγραμμάτων σχεδιομελέτης και κατασκευής προϊόντων. Τα ονόματα και μόνο των προγραμμάτων αυτών είναι εύγλωττα για τους γνωρίζοντες μηχανικούς: NX I-deas, NX Nastran, D-Cubed, Imageware, Femap, JT, Teamcenter, Tecnomatix, Velocity, Solid Edge, PLM Vis, PLM XML και Parasolid. Το πραγματικό επίτευγμα των Γερμανών όμως ήταν η εναρμόνιση όλων τους σε ενιαία λύση, που επιτρέπει τη συντονισμένη συνεργασία μηχανικών και μηχανοδηγών σε κάθε φάση του κύκλου ζωής ενός προϊόντος. Διόλου περίεργο λοιπόν που, όταν τα σχεδιαστικά προαπαιτούμενα του «Αλήτη» έγιναν βουνό, το JPL και το Caltech είπαν στη NASA να φωνάξει τη Siemens.
Κάπως έτσι λοιπόν η κατάκτηση του Διαστήματος συνεχίζει να σωρεύει δάφνες στους Αμερικανούς και στους Ρώσους που την ξεκίνησαν, αλλά η καταλυτική παρέμβαση των Γερμανών έδειξε τον δρόμο της επιτυχίας για όλους μας στη δεύτερη φάση της, την… εποίκηση των πλανητών: Μόνο συνεργατικά και εναρμονισμένα θα τα καταφέρουμε.
Φτάνει να βεβαιωθούμε ότι το μήνυμα δεν το έλαβαν οι Αρειανοί, αλλά οι Γήινοι…
ΥΓ.1: Μία αλληλεπιδραστική προσομοίωση της προσεδάφισης του Curiosity στον Αρη μπορείτε να παρακολουθήσετε στο http://eyes.nasa.gov/launch2.html
ΥΓ.2: Δεν αληθεύει ότι… χωρίς τους Ελληνες δεν θα δούλευε τίποτε. Απλώς, ο επικεφαλής σχεδιασμού των κινήσεων του Curiosity (lead turret rover planner) είναι ο μηχανικός του JPL και παλαίμαχος της αποστολής Cassini-Huygens Χρήστος Ρουμελιώτης.
Ο εγκέφαλος του σχεδιασμού
Η οικογένεια προγραμμάτων της Siemens που αξιοποίησε η NASA καλύπτει κάθε φάση σχεδιασμού και κατασκευής.
Προκειμένου να έχουμε μία ενημέρωση «εκ των έσω» για το τι σήμαινε αυτή η συνεργασία NASA – Siemens απευθυνθήκαμε στον γενικό διευθυντή του τομέα Βιομηχανικών Αυτοματισμών και Τεχνολογιών Κίνησης της Siemens στην Ελλάδα κ. Νικόλαο Μαραντίδη. Το πρώτο που τον ρωτήσαμε ήταν αν υπήρχε κάποιο προηγούμενο σε μια τέτοια συνεργασία. Μας απάντησε:
«Οι λύσεις λογισμικού Product Lifecycle Management (PLM) της Siemens χρησιμοποιούνται από τη NASA εδώ και πολλά χρόνια, συμβάλλοντας στην εκτέλεση μιας ευρείας σειράς εργασιών. Σε αυτές περιλαμβάνονται η ανάπτυξη concept (αξιολόγηση επιλογών σχεδιασμού και βελτιστοποίηση συνολικής απόδοσης) και σχεδιασμού (Computer-Aided Design, CAD). Ακόμη, το PLM χρησιμοποιείται για δραστηριότητες μελέτης (Computer-Αided Engineering, CAE) όπως η προσομοίωση, ο έλεγχος εγκυρότητας και η ανάλυση των στοιχείων και η προσομοίωση κίνησης, καθώς και στην κατασκευή των τμημάτων (Computer-Αided Manufacturing, CAM). Τέλος, το PLM συμβάλλει στη Διαχείριση Προϊοντικών Δεδομένων, δηλαδή στη διαχείριση αλλαγών και διαμόρφωσης, στη διαχείριση σχεδιασμού βάσει δεδομένων, στην ελεγχόμενη διαχείριση εγγράφων και στη διαχείριση των τρισδιάστατων δεδομένων για ενίσχυση της συνεργασίας».
Στην ερώτησή μας για το ποια από τα πολλά προγράμματα που απαρτίζουν την πλατφόρμα PLM χρησιμοποιήθηκαν τελικά στο Curiosity, μας απάντησε ότι αξιοποιήθηκαν το λογισμικό NX για την τρισδιάστατη γραφική απεικόνιση και για τις δραστηριότητες CAD, CAE και CAM, όπως και το χαρτοφυλάκιο Teamcenter για τη συνεργασία μεταξύ των επιστημονικών ομάδων και για τη διαχείριση του προϊόντος και των σχετικών διαδικασιών. Επιμείναμε ρωτώντας αν τεκμηριωμένα υπήρξαν συντμήσεις χρόνου ή και κόστους από τα προβλεπόμενα μέσω της χρήσης των εργαλείων του PLM. Μας είπε:
«Η πλατφόρμα PLM βοήθησε τη NASA να επιτύχει μικρότερους χρόνους ανάπτυξης, αλλά και να διαχειριστεί με επιτυχία το κόστος για την ανάπτυξη του διαστημικού οχήματος. Με τα εργαλεία ψηφιακού τρισδιάστατου σχεδιασμού και τις δυνατότητες προσομοίωσης του λογισμικού της Siemens, οι επιστήμονες της NASA μπόρεσαν να εξασφαλίσουν οικονομική αποδοτικότητα πριν από την παραγωγή του τελικού οχήματος. Επιπλέον, η τεχνολογία αυτή βελτίωσε τη συνολική παραγωγικότητα των ομάδων που συμμετείχαν στο έργο, επιτρέποντας την απρόσκοπτη, συνεχή και πειθαρχημένη συνεργασία, η οποία με τη σειρά της επέτρεψε τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού για τις συγκεκριμένες προκλήσεις αυτής της εξαιρετικής αποστολής, παράλληλα με την τήρηση ενός ιδιαίτερα αυστηρού χρονοδιαγράμματος».
Στο ερώτημα αν υπάρχουν άλλες διαστημικές υπηρεσίες και συνεργαζόμενα πανεπιστήμια που χρησιμοποιούν αυτό το λογισμικό μας απάντησε: «Η πλατφόρμα PLM της Siemens αξιοποιείται επιτυχώς από διάφορους οργανισμούς στην Ευρώπη. Μεταξύ αυτών περιλαμβάνονται η διαστημική βιομηχανία Astrium (θυγατρική της EADS), η Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία (ESA), το Ρωσικό Διαστημικό Κέντρο και το Πανεπιστήμιο του Leicester στο Ηνωμένο Βασίλειο. Την ίδια στιγμή βεβαίως το ίδιο αδειοδοτημένο λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε από τη NASA για τον σχεδιασμό, τη δοκιμή και την κατασκευή του Curiosity χρησιμοποιείται σε όλο τον κόσμο για την ανάπτυξη μερικών από τα πιο εξελιγμένα και περιζήτητα προϊόντα, όπως αυτοκίνητα, αεροπλάνα, οικιακές συσκευές, αθλητικός εξοπλισμός, μηχανήματα, ιατρικές συσκευές, εργαλεία και πολλά άλλα».
