この地図作成AIは月面GPSへの第一歩となるかもしれない

科学者たちは何年もの間、月面を航行する方法を研究してきたが、地球にあるGPSのようなツールがなければ、それは非常に困難な作業だった。

月の大気は地球よりもずっと薄いため、地平線からの遠近感が欠け、遠くのランドマークまでの距離と大きさを判断するのは困難です。地球では木や建物がぼんやりとしていますが、距離を知る上で役立ちますが、月ではそのような錯覚は起こりません。さらに、光を散乱させる大気がなければ、太陽の明るい光線が月にいる宇宙飛行士の視覚と奥行きの知覚を歪め、広大な未地図の地形を移動するのは非常に困難になります。

地球上では「GPSがあり、それを利用するのは簡単で、そこに使われている技術について考える必要はありません」とメリーランド州グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センターの研究エンジニア、アルビン・ユー氏は言う。「しかし今、月にいると、GPSがないのです」

ユー氏は、月面航行に関する過去の研究にヒントを得て、地平線をスキャンして目印を探し、月面を探検する人を誘導する AI システムを開発している。NASA の月探査機「ルナー・リコネッサンス・オービター」から収集したデータに基づいてトレーニングされたこのシステムは、月面に立つ探検家から見た月の地平線上の特徴を再現することで機能する。

「[月]には大気がないので、光の散乱はあまりありません」とユー氏は言う。しかし地形の輪郭を使うことで、「宇宙空間における地上の位置を非常に明確に区別することができます。」

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Yew の AI システムは、通常、人間が正確に距離を特定するのが難しい岩、尾根、さらにはクレーターなどの地理的特徴を使用してナビゲートすることができます。これらの測定値は、地球上で GPS が位置を特定するのと同じように、宇宙飛行士や探査車がすでに撮影した画像で特定された特徴と照合するために使用できます。探査者が月を移動できるように特別に調整された GPS のような技術の開発は、自律ロボット操作をサポートするために特に重要だと Yew は言います。NASA のアルテミス I ミッションが今月初めに着水に成功して最近終了した今、そのような技術は、それほど遠くない将来に人間が月に戻るためにも必要になります。来たるアルテミス III ミッションの宇宙飛行士が着陸したときに、新しい地形を征服するのに役立つハンドヘルド システムまたは一体型システムを持っているかどうかが、月とそれ以降の両方で、彼らがどれだけ遠くまで (そしてどれだけうまく) 探索できるかの決定的な要因になる可能性があります。

「NASA​​ が月、そして最終的にはいつか火星に到達することに焦点を当てるには、これらの重要な技術への投資が必要です」とユー氏は言う。彼の研究は、ルナネットと呼ばれる月の将来の「インターネット」を補完することも計画されている。このフレームワークは、通信、月面ナビゲーション操作、および月面上の他の多くの科学サービスをサポートする。NASA の科学者によると、月面衛星のコレクションは、地球と同様のインターネット アクセスを提供することを目指しており、現在の宇宙ミッションのように事前にデータ転送をスケジュールする必要なく、宇宙船と将来の宇宙飛行士が利用できるネットワークである。

NASAゴダード宇宙飛行センターのミッションエンジニアリングおよびシステム分析部門の技術担当副主任、シェリル・グラムリング氏は、月は地球から学んだ教訓を、より深い宇宙探査にどのように応用できるかを見るための試験場だと語る。

「地球上に構築した基本的なインフラも存在しません」と彼女は言う。月は白紙の状態のようだ。「『何が必要なのか』を考えなければなりません」

グラムリング氏は、さまざまなインターネット プロバイダーが顧客に Web やその他のサービスへのアクセスを許可しているのと同じように、NASA だけでなく、ESA や JAXA などの他の宇宙機関も協力して LunaNet を構成できると述べています。「インターネットを宇宙に拡張するのです」と同氏は言います。これらの「プロバイダー」(この場合、NASA、ESA、JAXA などの宇宙機関) は、全地球航法衛星システム (GNSS) のさまざまな部分が連携して動作できるように、互いに通信し、ネットワーク間でデータを共有できるようになります。

「地球上で実装したものを月へ持ち込むのは挑戦ですが、同時に、それをどのように機能させるかを考える機会でもあります」と、NASA ゴダード宇宙飛行センターのナビゲーションおよびミッション設計部門のメンバーであるフアン・クレンショーは言います。目標は、単一の実装や目的に縛られず、さまざまなユーザーのための標準とプロトコルを可能にするネットワークを構築することです。「相互運用可能なサービスを構築すれば、より少ない資産で、より効率的に、より優れたカバレッジとサービスをユーザーに提供できます。」

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しかし、LunaNet がオンラインになるのはまだ先の話だ。宇宙飛行士が地球上でできるのと同じようにゲームをダウンロードしたり、お気に入りの宇宙映画をストリーミングできるようになるまでには、まだ時間がかかる。LunaNet のサービス範囲は現在、高度 200 キロメートル (約 125 マイル) までの月全体をカバーするように設計されているが、Yew 氏は、ネットワークに停電や信号障害などの障害が発生した場合、彼の AI が探査機や宇宙飛行士のナビゲーション機能のバックアップになる可能性があると述べている。NASA によると、Yew 氏の研究は、地球上で同様の障害が発生したときに探検家が道を見つけるのにも役立つ可能性があるという。

「人間による探検では、非常に危険なミッションに備えて常に [バックアップ システム] が必要になります」と Yew 氏は言います。彼の AI は「厳密にはインターネットに結びついていませんが、結びつく可能性もあります」。AI はまだ開発段階ですが、Yew 氏は、アルテミス ミッションの 1 つから得られる実際の月面地形データを利用する前に、シミュレーション環境でシステムをテストして改善を続けたいと考えています。

「アルゴリズムの堅牢性をテストして、グローバルなソリューションを返していることを確認したい。つまり、月のどこにでも投げ込んで、どこにでも位置を特定できるということです」と彼は言う。「そして、それが不可能な場合は、その限界もテストしたいのです。」