Stiamo rendendo i veicoli spaziali troppo autonomi?

L'interno della navicella spaziale Crew Dragon. Dimitri Gerondidakis / NASA

Quando il Crew Dragon di SpaceX ha portato gli astronauti della NASA sulla ISS verso la fine di maggio , il lancio ha riportato uno spettacolo familiare. Per la prima volta da quando lo Space Shuttle è stato ritirato, i razzi americani sono stati lanciati dal suolo americano per portare gli americani nello spazio.

All'interno del veicolo, tuttavia, le cose non avrebbero potuto sembrare più diverse. Non c'era più il vasto cruscotto di luci, interruttori e manopole che un tempo dominavano l'interno della navetta spaziale. Tutto è stato sostituito con una console futuristica di più grandi schermi tattili che scorre attraverso una varietà di display. Dietro quegli schermi, il veicolo è gestito da un software progettato per entrare nello spazio e navigare verso la stazione spaziale in modo completamente autonomo.

Crescendo come pilota, tutta la mia carriera, avendo un certo modo di controllare un veicolo, questo è certamente diverso, ha detto Doug Hurley ai telespettatori della NASA poco prima della missione SpaceX. Invece di chiedere una mano sulla levetta di controllo, la navigazione è ora una serie di input predeterminati. Gli astronauti di SpaceX potrebbero essere ancora coinvolti nel processo decisionale in momenti critici, ma gran parte di quella funzione è sfuggita alle loro mani.

Questo importa? Il software non ha mai giocato un ruolo così importante nel volo spaziale. Lo ha reso più sicuro ed efficiente, consentendo a un veicolo spaziale di adattarsi automaticamente alle mutevoli condizioni. Secondo Darrel Raines, un ingegnere della NASA che guida lo sviluppo del software per la capsula spaziale Orion, l'autonomia è particolarmente fondamentale per le aree con tempi di risposta critici, come l'ascesa di un razzo dopo il decollo, quando un problema potrebbe richiedere l'avvio di una sequenza di interruzione in un semplice questione di secondi. O nei casi in cui l'equipaggio potrebbe essere inabile per qualche motivo.

E una maggiore autonomia è praticamente essenziale per far funzionare anche alcune forme di volo spaziale. Ad Astra è una società con sede a Houston che sta cercando di rendere praticabile la tecnologia di propulsione dei razzi al plasma. Il motore sperimentale utilizza plasma a base di gas argon, che viene riscaldato mediante onde elettromagnetiche. Un processo di sintonizzazione supervisionato dal software del sistema determina automaticamente le frequenze ottimali per questo riscaldamento. Il motore raggiunge la massima potenza in pochi millisecondi. Non c'è modo per un essere umano di rispondere a qualcosa del genere in tempo, afferma il CEO Franklin Chang Díaz, un ex astronauta che ha volato in diverse missioni dello space shuttle dal 1986 al 2002. Gli algoritmi nel sistema di controllo sono usati per riconoscere le condizioni mutevoli nel razzo mentre si sta muovendo attraverso la sequenza di avvio e agisci di conseguenza. Non saremmo in grado di fare tutto questo bene senza il software, dice.

Ma fare affidamento su software e sistemi autonomi nel volo spaziale crea nuove opportunità per l'insorgere di problemi. Questa è soprattutto una preoccupazione per molti dei nuovi contendenti dell'industria spaziale, che non sono necessariamente abituati al tipo di test aggressivi e completi necessari per eliminare i problemi nel software e stanno ancora cercando di trovare un buon equilibrio tra automazione e controllo manuale.

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  Lo Space Shuttle Atlantis aveva un cruscotto più tradizionale da utilizzare per i suoi piloti.

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  La capsula Crew Dragon sostituisce le manopole e gli interruttori con grandi touchscreen.

Al giorno d'oggi, alcuni errori in oltre un milione di righe di codice potrebbero fare la differenza tra il successo e il fallimento della missione. L'abbiamo visto alla fine dell'anno scorso, quando la capsula Starliner di Boeing (l'altro veicolo su cui la NASA conta per inviare astronauti americani nello spazio) non è riuscito a raggiungere la ISS a causa di un problema tecnico nel suo timer interno . Un pilota umano avrebbe potuto ignorare il problema tecnico che ha finito per bruciare prematuramente i propulsori di Starliner. L'amministratore della NASA Jim Bridenstine ha osservato subito dopo che sono sorti i problemi di Starliner: se avessimo avuto un astronauta a bordo, potremmo benissimo essere alla Stazione Spaziale Internazionale in questo momento.

Ma è stato poi rivelato che molti altri errori nel software non erano stati rilevati prima del lancio, incluso uno che avrebbe potuto portare alla distruzione del veicolo spaziale. Ed era qualcosa che i membri dell'equipaggio umano avrebbero potuto facilmente ignorare.

Boeing non è certamente estraneo alla costruzione e al test di tecnologie di volo spaziale, quindi è stata una sorpresa vedere che la compagnia non è riuscita a cogliere questi problemi prima del volo di prova Starliner. I difetti del software, in particolare nel codice di veicoli spaziali complessi, non sono imprevisti, ha detto la NASA quando il secondo glitch è stato reso pubblico. Tuttavia, ci sono stati numerosi casi in cui i processi di qualità del software Boeing avrebbero dovuto o avrebbero potuto scoprire i difetti. Boeing ha rifiutato una richiesta di commento.

Secondo Luke Schreier, vicepresidente e direttore generale dell'aerospazio presso NI (ex National Instruments), i problemi nel software sono inevitabili, sia nei veicoli autonomi che nei veicoli spaziali. Questa è solo la vita, dice. L'unica vera soluzione è testare in modo aggressivo in anticipo per trovare quei problemi e risolverli: devi avere un programma di test del software davvero rigoroso per trovare quegli errori che inevitabilmente ci saranno.

Entra nell'IA

Lo spazio, tuttavia, è un ambiente unico da testare. Le condizioni che un veicolo spaziale incontrerà non sono facili da emulare a terra. Mentre un veicolo autonomo può essere estratto dal simulatore e portato in condizioni più leggere del mondo reale per perfezionare il software a poco a poco, non puoi davvero fare la stessa cosa per un veicolo di lancio. Il lancio, il volo spaziale e il ritorno sulla Terra sono azioni che accadono o non accadono: non esiste una versione leggera.

Questo, dice Schreier, è il motivo per cui l'IA è un grosso problema nel volo spaziale al giorno d'oggi: puoi sviluppare un sistema autonomo in grado di anticipare quelle condizioni, piuttosto che richiedere che le condizioni vengano apprese durante una simulazione specifica. Non potresti simulare da solo tutti i casi d'angolo del nuovo hardware che stai progettando, dice.

Quindi, per alcuni gruppi, testare il software non è solo una questione di trovare e correggere gli errori nel codice; è anche un modo per addestrare il software basato sull'intelligenza artificiale. Prendi Virgin Orbit, ad esempio, che ha recentemente provato a inviare per la prima volta nello spazio il suo veicolo LauncherOne. L'azienda ha collaborato con NI per sviluppare un banco di prova che collegasse tutti i sensori e l'avionica del veicolo con il software destinato a eseguire una missione in orbita (fino all'esatta lunghezza del cablaggio utilizzato all'interno del veicolo). Quando LauncherOne era pronto a volare, credeva di essere già stato nello spazio migliaia di volte grazie ai test e di aver già affrontato molti diversi tipi di scenari.

Naturalmente, il primo volo di prova del LauncherOne finito in fallimento , per ragioni che non sono state ancora rese pubbliche. Se fosse dovuto a limitazioni del software, il tentativo è un altro segno che c'è un limite a quanto un'IA può essere addestrata per affrontare le condizioni del mondo reale.

Raines aggiunge che, contrariamente all'approccio più lento adottato dalla NASA per i test, le società private sono in grado di muoversi molto più rapidamente. Per alcuni, come SpaceX, funziona bene. Per altri, come Boeing, può portare a sorprendenti intoppi.

In definitiva, la cosa peggiore che puoi fare è creare qualcosa di completamente manuale o completamente autonomo, afferma Nathan Uitenbroek, un altro ingegnere della NASA che lavora allo sviluppo del software di Orion. Gli esseri umani devono essere in grado di intervenire se il software non funziona correttamente o se la memoria del computer viene distrutta da un evento imprevisto (come un'esplosione di raggi cosmici). Ma si affidano anche al software per informarli quando sorgono altri problemi.

La NASA è abituata a capire questo equilibrio e ha una ridondanza integrata nei suoi veicoli con equipaggio. Lo space shuttle operava su più computer utilizzando lo stesso software e, se uno avesse avuto un problema, gli altri avrebbero potuto subentrare. Un computer separato funzionava con un software completamente diverso, quindi poteva prendere il controllo dell'intera navicella spaziale se un problema tecnico si stava ripercuotendo sugli altri. Raines e Uitenbroek affermano che la stessa ridondanza viene utilizzata su Orion, che include anche un livello di funzione automatica che bypassa completamente il software per funzioni critiche come il rilascio del paracadute.

Sul Crew Dragon, ci sono casi in cui gli astronauti possono avviare manualmente le sequenze di interruzione e in cui possono ignorare il software sulla base di nuovi input. Ma il design di questi veicoli significa che ora è più difficile per l'essere umano assumere il controllo completo. La console touch-screen è ancora collegata al software del veicolo spaziale e non puoi semplicemente bypassarlo completamente quando vuoi prendere il controllo del veicolo spaziale, anche in caso di emergenza.

Non c'è consenso su quanto ulteriormente il ruolo umano nel volo spaziale si ridurrà o dovrebbe ridursi. Uitenbroek pensa che provare a sviluppare software in grado di tenere conto di ogni possibile contingenza sia semplicemente impraticabile, soprattutto quando hai delle scadenze da rispettare.

Chang Díaz non è d'accordo, dicendo che il mondo si sta spostando a un punto in cui alla fine l'umano verrà eliminato dall'equazione.

L'approccio vincente può dipendere dal livello di successo raggiunto dalle diverse parti che inviano le persone nello spazio. La NASA non ha intenzione di togliere gli esseri umani dall'equazione, ma se le aziende commerciali scoprono che è più facile ridurre al minimo il ruolo del pilota umano e lasciare che l'IA prenda il comando, rispetto ai touch screen e al volo senza pilota verso la ISS sono solo un assaggio di cosa c'è da fare venire.

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