junio 17, 2021

¿Estamos haciendo que las naves espaciales sean demasiado autónomas?

¿Es importante? El software nunca ha jugado un papel más crítico en el vuelo espacial. Lo hizo más seguro y más eficiente al permitir que una nave espacial se adaptara automáticamente a las condiciones cambiantes. Según Darrel Raines, un ingeniero de la NASA que dirige el desarrollo de software para la cápsula del espacio profundo de Orión, la autonomía es particularmente crítica para áreas de «tiempo crítico de respuesta», como el ascenso de un cohete después del despegue, cuando un problema puede requerir iniciar una secuencia de aborto en cuestión de segundos. O en casos donde la tripulación puede estar incapacitada por alguna razón.

Y una mayor autonomía es prácticamente esencial para que funcionen algunas formas de vuelo espacial. 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 a base de argón, que es calentado por ondas electromagnéticas. Un proceso de «sintonización» supervisado por el software del sistema identifica automáticamente las frecuencias óptimas para este calentamiento. El motor alcanza la potencia máxima en unos pocos milisegundos. «No hay forma de que un ser humano responda a algo como esto a tiempo», dice el CEO Franklin Chang Díaz, un ex astronauta que voló en varias misiones del transbordador espacial de 1986 a 2002. Los algoritmos en el sistema de control se utilizan para reconocer las condiciones cambiantes en el cohete a medida que se mueve a través de la secuencia de arranque y actúa en consecuencia. «No podríamos hacer nada de esto sin software», dice.

Pero excesivamente en software y sistemas autónomos en vuelos espaciales crea nuevas oportunidades para los problemas que surgen. Esto es de particular preocupación para muchos de los nuevos contendientes del sector espacial, que no están necesariamente acostumbrados al tipo de pruebas agresivas e integrales necesarias para eliminar problemas de software y todavía están tratando de encontrar un buen equilibrio entre la automatización y el control manual.

  • Transbordador espacial Atlantis
  • video en vuelo de la misión Dragon 2

Hoy en día, algunos errores en más de un millón de líneas de código pueden marcar la diferencia entre el éxito de la misión y el fracaso de la misión. Lo vimos a fines del año pasado, cuando la cápsula Starliner de Boeing (el otro vehículo en el que se basa la NASA para enviar astronautas estadounidenses al espacio) no pudo llegar a la ISS debido a un problema técnico en su temporizador interno. Un piloto humano podría haber superado el problema técnico que terminó quemando los motores Starliner prematuramente. El administrador de la NASA, Jim Bridenstine, observó inmediatamente después de que surgieron los problemas de Starliner: «Si hubiéramos tenido un astronauta a bordo, podríamos estar en la Estación Espacial Internacional en este momento».

Pero luego se reveló que mucho otros errores en el software no se habían detectado antes del lanzamiento, incluido uno que podría haber llevado a la destrucción de la nave espacial. Y era algo que los miembros de la tripulación humana podrían haber pasado fácilmente.

Boeing no es ajeno a la construcción y prueba de tecnologías de vuelo espacial, por lo que fue una sorpresa ver que la aerolínea no pudo detectar estos problemas antes del vuelo de prueba de Starliner. «Las fallas de software, particularmente en el complejo código de la nave espacial, no son inesperadas», dijo la NASA cuando se hizo público el segundo problema técnico. «Sin embargo, ha habido 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 del sector aeroespacial de NI (ex National Instruments), los problemas en el software son inevitables, tanto en vehículos autónomos como en naves espaciales. «Esto es solo vida», dice. La única solución real es hacer una prueba agresiva por adelantado para encontrar esos problemas y resolverlos: «Debe tener un programa de prueba de software realmente riguroso para encontrar esos errores que inevitablemente estarán allí».

Entra AI

Sin embargo, el espacio es un entorno único para probar. Las condiciones que encontrará una nave espacial no son fáciles de emular en el suelo. Si bien un vehículo autónomo se puede quitar del simulador y moverlo a condiciones más ligeras de la vida real para perfeccionar el software poco a poco, lo mismo no se puede hacer realmente para un vehículo de lanzamiento. El lanzamiento, el vuelo espacial y el regreso a la Tierra son acciones que suceden o no: no hay una versión «ligera».

Esto, dice Schreier, es la razón por la cual la IA ahora es un problema importante en el vuelo espacial: es posible desarrollar un sistema autónomo capaz de anticipar estas condiciones, en lugar de requerir que las condiciones se aprendan durante una simulación específica. «No puede simular todos los gabinetes de esquina 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 basado en inteligencia artificial. Tome Virgin Orbit, por ejemplo, que recientemente intentó enviar su vehículo LauncherOne al espacio por primera vez. La compañía colaboró ​​con NI para desarrollar un banco de pruebas que conectara todos los sensores y aviónica del vehículo con el software destinado a realizar una misión en órbita (hasta la longitud exacta del cableado utilizado dentro del vehículo). Cuando LauncherOne estaba listo para volar, creía que ya había estado en el espacio miles de veces gracias a las pruebas y que ya se había enfrentado a muchos tipos diferentes de escenarios.

Por supuesto, el primer vuelo de prueba del LauncherOne terminó por error, por razones que aún no se han revelado. Si se debiera a limitaciones de software, el intento es otra señal de que hay un límite en cuanto a la capacidad de entrenamiento de una IA para lidiar con las condiciones del mundo real.

Raines agrega que, al contrario del enfoque más lento de las pruebas de la NASA, las compañías privadas pueden moverse mucho más rápido. Para algunos, como SpaceX, esto funciona bien. Para otros, como Boeing, puede conducir a contratiempos sorprendentes.

En última instancia, «lo peor que puede hacer es crear algo completamente manual o completamente autónomo», dice Nathan Uitenbroek, otro ingeniero de la NASA que trabaja en el desarrollo del software Orion. Los seres humanos deben poder intervenir si el software no funciona correctamente o si la memoria de la computadora se destruye por un evento inesperado (como una explosión de rayos cósmicos). Pero también confían en el software para informarles cuando surgen otros problemas.

La NASA está acostumbrada a comprender este equilibrio y ha integrado la redundancia en sus vehículos tripulados. El transbordador espacial operaba en múltiples 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 tomar el control de toda la nave espacial si un problema sistémico afectara a los demás. Raines y Uitenbroek dicen que se usa la misma redundancia en Orion, que también incluye una capa de función automática que omite completamente el software para funciones críticas como la liberación de paracaídas.

En Crew Dragon hay casos en los que los astronautas pueden iniciar manualmente secuencias de interrupción y pueden ignorar el software basado en nuevas entradas. Pero el diseño de estos vehículos significa que ahora es más difícil para los humanos tomar el control completo. La consola de pantalla táctil todavía está vinculada al software de la nave espacial y no puede simplemente pasarla por completo cuando desea tomar el control de la nave espacial, incluso en una emergencia.

No hay consenso sobre cuánto más se reducirá o reducirá el papel humano en el vuelo espacial. Uitenbroek cree que tratar de desarrollar un software que pueda tener en cuenta cualquier posible contingencia es simplemente poco práctico, especialmente cuando tiene plazos que cumplir.

Chang Díaz no está de acuerdo y dice que el mundo se está moviendo «a un punto en el que el humano será eliminado de la ecuación».

Qué enfoque gana puede depender del nivel de éxito alcanzado por las diferentes partes que envían a las personas al espacio. La NASA no tiene intención de eliminar a los humanos de la ecuación, pero si las empresas comerciales descubren que tienen un tiempo más simple para minimizar el papel del piloto humano y dejar que la IA se haga cargo, las pantallas táctiles y el vuelo no tripulados a la ISS son solo una muestra de lo que vendrá.

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