Ta teden na podkastu Številke predstavljamo primer ekipe raziskovalcev iz Inštituta Jožefa Stefana, ki je zmagala na Esinem mednarodnem natečaju, ki je s tem želela podaljšati življenje misiji Mars Express. Povabilu se je odzvalo 40 ekip iz celotne Evrope, zmagala pa je prav slovenska skupina znanstvenikov.

Programi se učijo
Pri iskanju najboljše rešitve so si pomagali s strojnim učenjem. Član slovenske ekipe Bernard Ženko je ta izraz opredelil: "Strojno učenje je veda, ki se ukvarja s programi, ki se lahko učijo. Učenje v tem primeru pomeni, da se na podlagi izkušenj njihovo delovanje izboljšuje po nekem merilu. Izkušnje so tipično podane v obliki podatkov. Če računalniku podamo množico podatkov, jih algoritmi strojnega učenja analizirajo, zaradi česar znajo določeno nalogo bolje rešiti."

Na voljo so bili številni (nerazumljivi) podatki
Vsak udeleženec je dobil podatke o delovanju sonde v obdobju treh marsovskih let (približno šest zemeljskih let), teh podatkov pa je bilo precej. "Na sondi imajo sistem, ki beleži vse dogodke na sondi. Ti podatki vsebujejo lokacijo sonde, kje na krožnici je, koliko je oddaljena od Sonca, kako je obrnjena, ... Sonda je kockasta, stranica ima približno dva metra, iz kocke štrlita dve plošči s solarnimi celicami. Ta kocka je različno obrnjena proti Soncu, ploskvi s celicami pa se lahko premikata. Sonda kroži okrog Marsa, ko je za njim v senci, ne prejema Sončeve toplote. Imeli smo tudi podatke o njenem delovanju. Sonda je tako kompleksen instrument, ki ima veliko podenot (kamere za slikanje, merjenje, komunikacijska oprema za prenos podatkov na Zemljo ...). Dobili smo podatke v kodirani obliki, podatki so bili tako precej nerazumljivi," je razložil Ženko. Prvi ključni korak je bil tako surove podatke pretvoriti v obliko, ki je bila primerna za analizo z algoritmi strojnega učenja.

33 grelnikov skrbi za delovanje sonde
Sonda deluje v neprijaznem okolju, v vesolju je namreč izjemno hladno, kar je neprijetna okoliščina pri optimalnem ohranjanju naprave. "Naša naloga je bila povezana s tem, da je na sondi treba ohranjati primerno temperaturo. Vesolje je zelo hladno. Tisti del sonde, ki je obrnjen proti Soncu, pa je zelo vroč. V kocki je veliko različnih sistemov, vsak je za svoje delovanje zahteval sebi primerno temperaturo. Kamere so občutljive na termični šum, zato morajo biti ohlajene na nekaj 10 stopinj pod ničlo. Na drugi strani pa mora elektronika delovati pri precej višji sobni temperaturi. Šlo je torej za kompleksno nalogo. Operaterji z Zemlje morajo tako uravnavati primerno temperaturo za vse dele sonde. To delajo s pomočjo 33 električnih grelcev, hkrati so imeli tudi hladilnike, ki so neke vrste okna, ki se lahko odprejo. Ko so se ta odprla, se je hladilo. Mi smo poskušali napovedati, koliko elektrike je potrebne za ogrevanje sonde. Ta elektriko dobi iz sončnih celic in jo potrebuje za delovanje opreme. Če vemo, koliko energije potrebujemo za grelce, potem vemo, koliko energije imamo za delovanje znanstvene opreme in lahko bolje načrtujemo delovanje sonde," je razložil znanstvenik.

Napoved delovanja za četrto leto
Vsaka ekipa je na podlagi podatkov o prvih treh marsovskih letih tako podala napoved za porabo električne energije v četrtem letu. Zmagala je tista ekipa, ki je s svojo napovedjo najmanj zgrešila resnične podatke o porabi o četrtem letu, ki jih tekmovalci seveda niso imeli na voljo. Pri tem so si pomagali z različnimi triki, kot je bil ta, da so na podlagi prvih dveh let podali napoved za tretje leto in svoje rešitve primerjali s podatki (za tretje leto), ki so jih imeli na voljo.

Vse je premišljeno pol leta vnaprej
Ženko je še poudaril: "Delovanja sonde se ne upravlja v realnem času. Vsi ukazi, ki jih operaterji pošljejo z Zemlje, so preverjeni, načrtovani in optimirani vsaj pol leta vnaprej. V resnici je upravljanje sonde zelo zapleten proces. Naš model je le delček, ki bi operaterjem pomagal pri boljšem izkoristku sonde." Natečaj je bil tako neke vrste Esino viharjenje, ki je iskala različne rešitve.

Enak tip baterije kot v telefonih
Esa je ob slovenski ekipi povabila še nekaj najboljših ekip, kjer so med drugim debatirali, koliko časa bo operacija še potekala, a tega nihče ne ve. Glavna neznanka in problem je po besedah Ženka baterija v sondi: "Ta je litijonska. Gre za enak tip baterije, kot jo imamo v prenosnih telefonih. Z leti se kakovost baterije manjša. Telefone in prenosne računalnike imamo nekaj let, potem kupimo nove. Mars Express deluje že 13 let, zmogljivost baterije je morda nekje na polovici. V resnici ne vedo, koliko časa bo še dovolj dobro delala. Baterija je eden ključnih delov, ki lahko odpove. Takrat bo sonde konec. Že zdavnaj je presegla načrtovano življenjsko dobo in je s tem je že upravičila svojo naložbo."

Zaposleni navdušeni nad svojim delom
In kaj se je Ženku najbolj vtisnilo v spomin ob obisku Ese? "Zanimivo je bilo videti, kako v resnici poteka vodenje vesoljskih sond. Vsaka sonda ima svojo ločeno kontrolno sobo, kjer jo upravljajo. Predvsem pa mi je bilo zelo zanimivo, da so praktično vsi zaposleni tam neznansko navdušeni nad svojim delom. V resnici se ne spomnim, da bi še kje videl ljudi, ki bi bili tako navdušeni nad svojim delom."

Vabljeni k poslušanju celotnega pogovora (kliknite na spodnjo sliko za aktivacijo), v katerem je Bernard Ženko razkril še številne podrobnosti o natečaju, kakšno strojno opremo so potrebovali, govoril o ljubiteljski astronomiji, simuliranju možganov, umetni inteligenci, ...

Glasbeni izbor Bernarda Ženka: Chris Hadfield - Space Oddity
(Kanadski astronavt Chris Hadfield je bil gost 36. epizode Številk)