¿Estamos haciendo naves espaciales demasiado autónomas?

El interior de la nave espacial Crew Dragon. Dimitri Gerondidakis / NASA

Cuando Crew Dragon de SpaceX llevó a los astronautas de la NASA a la ISS cerca de finales de mayo , el lanzamiento trajo de vuelta una vista familiar. Por primera vez desde que se retiró el transbordador espacial, se estaban lanzando cohetes estadounidenses desde suelo estadounidense para llevar a los estadounidenses al espacio.

Sin embargo, dentro del vehículo, las cosas no podrían haber sido más diferentes. Desapareció el extenso tablero de luces, interruptores y perillas que una vez dominaron el interior del transbordador espacial. Todo fue reemplazado por una consola futurista de múltiples pantallas táctiles grandes que recorren una variedad de pantallas. Detrás de esas pantallas, el vehículo funciona con un software que está diseñado para ingresar al espacio y navegar a la estación espacial de forma completamente autónoma.

Crecer como piloto, toda mi carrera, tener una cierta forma de controlar un vehículo: esto es ciertamente diferente, dijo Doug Hurley a los televidentes de la NASA poco antes de la misión SpaceX. En lugar de pedir una mano en la palanca de control, la navegación ahora es una serie de entradas predeterminadas. Los astronautas de SpaceX aún pueden estar involucrados en la toma de decisiones en momentos críticos, pero gran parte de esa función se les ha escapado de las manos.

¿Importa esto? El software nunca ha jugado un papel más crítico en los vuelos espaciales. Lo ha hecho más seguro y más eficiente, permitiendo que una nave espacial se ajuste automáticamente a las condiciones cambiantes. Según Darrel Raines, un ingeniero de la NASA que lidera el desarrollo de software para la cápsula de espacio profundo Orion, la autonomía es particularmente clave para áreas de tiempo de respuesta crítico, como el ascenso de un cohete después del despegue, cuando un problema puede requerir iniciar una secuencia de cancelación en solo un momento. cuestion de segundos. O en casos en los que la tripulación podría estar incapacitada por algún motivo.

Y una mayor autonomía es prácticamente esencial para hacer que algunas formas de vuelo espacial funcionen. Ad Astra es una empresa con sede en Houston que busca hacer viable la tecnología de propulsión de cohetes de plasma. El motor experimental utiliza plasma hecho de gas argón, que se calienta mediante ondas electromagnéticas. Un proceso de ajuste supervisado por el software del sistema determina automáticamente las frecuencias óptimas para este calentamiento. El motor alcanza su máxima potencia en solo unos pocos milisegundos. No hay forma de que un humano responda a tiempo a algo así, dice el director ejecutivo Franklin Chang Díaz, un exastronauta que voló en varias misiones del transbordador espacial entre 1986 y 2002. Los algoritmos en el sistema de control se usan para reconocer las condiciones cambiantes en el cohete. mientras se mueve a través de la secuencia de inicio, y actúe en consecuencia. No podríamos hacer nada de esto bien sin software, dice.

Pero confiar demasiado en el software y los sistemas autónomos en los vuelos espaciales crea nuevas oportunidades para que surjan problemas. Esa es una preocupación especial para muchos de los nuevos contendientes de la industria espacial, que no están necesariamente acostumbrados al tipo de pruebas exhaustivas y agresivas necesarias para detectar problemas en el software y todavía están tratando de lograr un buen equilibrio entre la automatización y el control manual.

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  El transbordador espacial Atlantis tenía un tablero más tradicional para que lo utilizaran sus pilotos.

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  La cápsula Crew Dragon reemplaza las perillas e interruptores con grandes pantallas táctiles.

Hoy en día, unos pocos errores en más de un millón de líneas de código podrían marcar la diferencia entre el éxito y el fracaso de una misión. Lo vimos a fines del año pasado, cuando la cápsula Starliner de Boeing (el otro vehículo con el que cuenta la NASA para enviar astronautas estadounidenses al espacio) no pudo llegar a la ISS debido a una falla en su temporizador interno . Un piloto humano podría haber anulado la falla que terminó quemando prematuramente los propulsores de Starliner. El administrador de la NASA, Jim Bridenstine, comentó poco después de que surgieran los problemas de Starliner: Si hubiéramos tenido un astronauta a bordo, muy bien podríamos estar en la Estación Espacial Internacional en este momento.

Pero más tarde se reveló que muchos otros errores en el software no se detectaron antes del lanzamiento, incluido uno que podría haber llevado a la destrucción de la nave espacial. Y eso era algo que los miembros humanos de la tripulación podrían haber anulado fácilmente.

Boeing ciertamente no es ajeno a la construcción y prueba de tecnologías de vuelos espaciales, por lo que fue una sorpresa ver que la compañía no pudo detectar estos problemas antes del vuelo de prueba de Starliner. Los defectos de software, particularmente en el código complejo de naves espaciales, no son inesperados, la nasa dijo cuando se hizo público el segundo fallo. Sin embargo, hubo numerosos casos en los que los procesos de calidad del software de Boeing deberían o podrían haber descubierto los defectos. Boeing rechazó una solicitud de comentarios.

Según Luke Schreier, vicepresidente y gerente general de aeroespacial de NI (anteriormente National Instruments), los problemas en el software son inevitables, ya sea en vehículos autónomos o en naves espaciales. Así es la vida, dice. La única solución real es probar agresivamente con anticipación para encontrar esos problemas y solucionarlos: debe tener un programa de prueba de software realmente riguroso para encontrar esos errores que inevitablemente estarán allí.

Ingrese IA

El espacio, sin embargo, es un entorno único para probar. Las condiciones que encontrará una nave espacial no son fáciles de emular en tierra. Si bien un vehículo autónomo puede sacarse del simulador y adaptarse a condiciones más livianas del mundo real para refinar el software poco a poco, en realidad no se puede hacer lo mismo con un vehículo de lanzamiento. El lanzamiento, el vuelo espacial y el regreso a la Tierra son acciones que ocurren o no, no hay una versión ligera.

Esto, dice Schreier, es la razón por la cual la IA es tan importante en los vuelos espaciales hoy en día: puede desarrollar un sistema autónomo que sea capaz de anticipar esas condiciones, en lugar de requerir que se aprendan las condiciones durante una simulación específica. Es imposible simular por su cuenta todas las esquinas del nuevo hardware que está diseñando, dice.

Entonces, para algunos grupos, probar el software no es solo una cuestión de encontrar y corregir errores en el código; también es una forma de entrenar software impulsado por IA. Tome Virgin Orbit, por ejemplo, que recientemente intentó enviar su vehículo LauncherOne al espacio por primera vez. La compañía trabajó con NI para desarrollar un banco de pruebas que unía todos los sensores y la aviónica del vehículo con el software destinado a ejecutar una misión en órbita (hasta la longitud exacta del cableado utilizado dentro del vehículo). Cuando LauncherOne estuvo listo para volar, creía que ya había estado en el espacio miles de veces gracias a las pruebas, y ya se había enfrentado a muchos tipos diferentes de escenarios.

Por supuesto, el primer vuelo de prueba del LauncherOne terminó en falla , por razones que aún no han sido reveladas. Si se debió a las limitaciones del software, el intento es otra señal de que hay un límite en cuanto a cuánto se puede entrenar una IA para enfrentar las condiciones del mundo real.

Raines agrega que, en contraste con el enfoque más lento que toma la NASA para las pruebas, las empresas privadas pueden moverse mucho más rápido. Para algunos, como SpaceX, esto funciona bien. Para otros, como Boeing, puede dar lugar a contratiempos sorprendentes.

En última instancia, lo peor que puedes hacer es hacer algo completamente manual o completamente autónomo, dice Nathan Uitenbroek, otro ingeniero de la NASA que trabaja en el desarrollo del software de Orion. Los humanos deben poder intervenir si el software falla o si la memoria de la computadora se destruye por un evento imprevisto (como una explosión de rayos cósmicos). Pero también confían en el software para informarles cuando surgen otros problemas.

La NASA está acostumbrada a calcular este equilibrio y tiene redundancia integrada en sus vehículos tripulados. El transbordador espacial operaba en varias computadoras usando el mismo software, y si una tenía un problema, las otras podían hacerse cargo. Una computadora separada funcionaba con un software completamente diferente, por lo que podría hacerse cargo de toda la nave espacial si una falla sistémica afectaba a los demás. Raines y Uitenbroek dicen que se usa la misma redundancia en Orion, que también incluye una capa de función automática que pasa por alto el software por completo para funciones críticas como el lanzamiento de paracaídas.

En Crew Dragon, hay instancias en las que los astronautas pueden iniciar manualmente secuencias de aborto y en las que pueden anular el software en función de nuevas entradas. Pero el diseño de estos vehículos significa que ahora es más difícil para los humanos tomar el control total. La consola de pantalla táctil todavía está vinculada al software de la nave espacial, y no puede omitirla por completo cuando desea hacerse cargo de la nave espacial, incluso en una emergencia.

No hay consenso sobre cuánto más se reducirá, o debería reducirse, el papel humano en los vuelos espaciales. Uitenbroek cree que tratar de desarrollar un software que pueda dar cuenta de todas las contingencias posibles es simplemente poco práctico, especialmente cuando tiene plazos que cumplir.

Chang Díaz no está de acuerdo y dice que el mundo está cambiando a un punto en el que eventualmente el ser humano será eliminado de la ecuación.

El enfoque que gane puede depender del nivel de éxito logrado por las diferentes partes que envían personas al espacio. La NASA no tiene intención de sacar a los humanos de la ecuación, pero si las empresas comerciales descubren que les resulta más fácil minimizar el papel del piloto humano y dejar que la IA se haga cargo, entonces las pantallas táctiles y el vuelo sin piloto a la ISS son solo una muestra de lo que sucederá. venir.

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