De Curiosity-rover staat sinds augustus 2012 op Mars. In dertien jaar heeft hij bijna 37 kilometer gereden, 42 keer geboord en zo'n 763.000 foto's gemaakt. Het bijzondere is niet wat hij doet, maar dat hij het nog doet. Het team in Pasadena houdt de rover draaiende met software-ingrepen die je eerder bij een retrocomputing-hobbyist verwacht dan bij NASA.
In een uitgebreid stuk in IEEE Spectrum legt Alexandra Holloway, assistent-teamchef engineering operations bij JPL, uit hoe dat werkt. De kern: Curiosity draait op een Computer A waarvan nog minder dan een procent van het oorspronkelijke werkgeheugen bruikbaar is. Zes-en-zestig megabyte, om precies te zijn. Minder dan een MP3'tje.
Twee computers, allebei stuk
Curiosity heeft twee onboard computers, A en B, als backup van elkaar. Bij lancering werd Computer A gebruikt. Op Sol 200 (de tweehonderdste Mars-dag van de missie) begon dat geheugen fouten te produceren. Het team schakelde over naar Computer B en gebruikte die daarna jarenlang als primair systeem.
In 2018, rond Sol 2172, raakte ook Computer B in de problemen. Het bestandssysteem op de flash-opslag kon niet meer worden gemount. De rover kon zijn eigen schijf niet meer lezen. Voor een machine op 225 miljoen kilometer afstand is dat geen kleinigheid: je kunt er niet langs om de stekker eruit te trekken.
Het team viel terug op Computer A, met al zijn defecte geheugen. Daar moest dus iets op verzonnen worden.
Vier kopieen wissen om ruimte te maken
De oplossing kwam, zoals Holloway het in het IEEE-stuk vertelt, uit een herinnering aan een vergeten stukje hardware. Naast het reguliere werkgeheugen heeft Curiosity een aparte NOR-flashchip waarop de vluchtsoftware staat opgeslagen. Vier complete kopieen, voor de zekerheid. Totale capaciteit: 64 MB.
De ingreep: drie van de vier vluchtsoftware-kopieen weggooien en die ruimte gebruiken als bestandssysteem voor Computer A. De firmware-update die dit mogelijk maakte heet binnen het team R-Hope, vernoemd naar de hoop dat het zou werken. Sinds die patch werkt Curiosity met een vrije ruimte van enkele tientallen megabytes, waar oorspronkelijk gigabytes beschikbaar waren.
Het betekent dat elke wetenschappelijke opdracht, elk fotopakket en elk rijplan moet passen in een veel krapper jasje. Activiteiten worden zoveel mogelijk parallel gepland om energie te besparen. Zodra een taak klaar is, gaat de rover slapen. Selfies, ooit een PR-handelsmerk van de missie, worden niet meer gemaakt omdat de gewrichten van de robotarm bij elke beweging slijten.
De wielen rijden zichzelf kapot
Naast de geheugenkwestie is er een mechanisch probleem dat niemand kan oplossen: de wielen. Curiosity rijdt op zes aluminium wielen, ontworpen voor zacht zand, maar Gale-krater zit vol met scherpe rotsblokken die net onder het oppervlak liggen. Eerdere rijroutes hebben gaten en scheuren in de wielen geslagen die op JPL-foto's pijnlijk zichtbaar zijn.
De ingreep daarvoor is bijna fysiek: laat de rover achteruit rijden. De krachten op de wielen vallen dan anders uit, en de slijtage neemt af. Dat is geen tijdelijke maatregel meer; het is staand beleid geworden. Het team plant routes ook actief op zachter terrein, ook als dat omrijden betekent.
Stroom is voorlopig geen probleem
In tegenstelling tot Spirit en Opportunity, die met zonnepanelen werkten en uiteindelijk in een stofstorm of stofophoping zijn gestrand, draait Curiosity op een radio-isotopengenerator. Een blok plutonium-238 dat warmte afgeeft, omgezet in elektriciteit.
Het vermogen neemt langzaam af, zo'n paar procent per jaar, maar het team rekent erop dat er nog tot minimaal 2035 genoeg stroom is om wetenschap te doen. Dan is de rover dertien jaar ouder dan nu. Of de rest van de hardware dat haalt, is een aparte vraag.
Hardware uit een ander tijdperk
De hoofdprocessor van Curiosity is een RAD750: een stralingsbestendige variant van de PowerPC 750, de chip die ook in de eerste iMac uit 1998 zat. Robuust, voorspelbaar, en in vergelijking met een moderne smartphone-chip ongeveer net zo krachtig als een PalmPilot.
De Perseverance-rover, die in 2021 landde, gebruikt dezelfde RAD750 als hoofdprocessor maar heeft daarnaast een aparte Qualcomm Snapdragon voor vision-based navigatie. Daardoor kan Perseverance autonoom rijden en heeft hij Curiosity's totale Mars-afstand in een fractie van de tijd ingehaald. Curiosity moet voor elke meter route nog grotendeels op aardse planners wachten.
Een dagelijkse cadans op twee planeten
De operatie achter de rover bestaat uit een tactisch team in Pasadena dat elke aardse werkdag een nieuw commando-pakket samenstelt, gebaseerd op wat Curiosity de afgelopen sol heeft gerapporteerd. De rover voert dat pakket uit, stuurt de telemetrie en foto's terug, en de cyclus herhaalt zich.
Door het krappere geheugen wordt elk commando-pakket nu strakker geredigeerd. Activiteiten die vroeger los gepland werden, zoals een arm-meting en een camera-opname, worden nu zo veel mogelijk gecombineerd. Code die op de rover draait, wordt waar mogelijk eerst op een testbed in Pasadena geverifieerd. Een fout uploaden is duur: het kost minimaal twintig minuten signaaltijd heen en hetzelfde terug, en als de rover daardoor in een veilige modus springt is er dagen werk om hem eruit te krijgen.
Wat dit zegt over missie-engineering
Curiosity is gebouwd om twee aardse jaren te draaien. Hij doet er nu meer dan dertien. Het is een illustratie van een patroon dat NASA vaker laat zien: missies die hun ontwerplevensduur ver overschrijden niet omdat de hardware zo goed is, maar omdat het grondteam blijft sleutelen. De Voyager-sondes draaien al bijna een halve eeuw op handmatig opgepoetste software-routines. De Hubble-telescoop heeft sinds 1990 vier servicemissies en talloze workarounds gehad.
Voor Curiosity is de uitkomst dat de wetenschap voorlopig doorgaat. Op de Mount Sharp-helling boort de rover monsters die gericht zijn op de vraag wanneer Mars zijn leefbaarheid verloor. Tot zolang het plutonium warmte geeft en de NOR-chip niet stuk gaat, blijft dat de dagelijkse routine: een dertien jaar oude robot op een buurplaneet, in leven gehouden door iemand die elke dag opnieuw vier kopieen overweegt te wissen.
