Recovery Policies for Safe Exploration of Lunar Permanently Shadowed Regions by a Solar-Powered Rover

要約

太陽エネルギーを動力とする探査機による月の南極での数キロメートルの走行の成功は、非常に動的な太陽照度条件に基づく空間と時間の慎重な計画にかかっています。
さらなる課題は、現実世界のロボットがランダムな障害にさらされ、長距離移動が一時的に遅れる可能性があることです。
既存の地球規模の時空間計画者の大部分は、決定論的な探査車環境モデルを前提としており、ランダムな故障を考慮していません。
この論文では、既知の平均空間故障率を持つランダム故障プロファイルを検討します。
さまざまな開始状態からの太陽光発電探査車の生存確率を最大化する回復ポリシーを計算する方法論を導入します。
回復ポリシーは、地域の太陽光照度条件を考慮して、十分なバッテリー エネルギーが残っている場所に到達するための一連の救済アクションを定義します。
このような最適な回復ポリシーを見つけるために、動的計画法を使用して確率的到達回避問題を解決します。
私たちの焦点の一部は、実際の実装でしばしば必要となる状態空間の離散化の影響にあります。
近似誤差を保守的に考慮した修正動的計画法アルゴリズムを提案します。
私たちのアプローチの利点を実証するために、太陽光発電探査機が月の南極にあるカベウス地域の永久に影に覆われた領域から安全に脱出しようとするシナリオで既存の方法と比較します。
また、LCROSS墜落領域からのシミュレートされた回収ドライブにおいて、さまざまなローバーモビリティモデルを実証的に比較することにより、ミッション策定と貿易安全分析のための方法論の関連性も強調します。

要約(オリジナル)

The success of a multi-kilometre drive by a solar-powered rover at the lunar south pole depends upon careful planning in space and time due to highly dynamic solar illumination conditions. An additional challenge is that real-world robots may be subject to random faults that can temporarily delay long-range traverses. The majority of existing global spatiotemporal planners assume a deterministic rover-environment model and do not account for random faults. In this paper, we consider a random fault profile with a known, average spatial fault rate. We introduce a methodology to compute recovery policies that maximize the probability of survival of a solar-powered rover from different start states. A recovery policy defines a set of recourse actions to reach a location with sufficient battery energy remaining, given the local solar illumination conditions. We solve a stochastic reach-avoid problem using dynamic programming to find such optimal recovery policies. Our focus, in part, is on the implications of state space discretization, which is often required in practical implementations. We propose a modified dynamic programming algorithm that conservatively accounts for approximation errors. To demonstrate the benefits of our approach, we compare against existing methods in scenarios where a solar-powered rover seeks to safely exit from permanently shadowed regions in the Cabeus area at the lunar south pole. We also highlight the relevance of our methodology for mission formulation and trade safety analysis by empirically comparing different rover mobility models in simulated recovery drives from the LCROSS crash region.

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