NASAの無人宇宙船オリオンはスタートレックにヒントを得た通信システムから支援を受ける

今朝、アルテミス1号が月へのミッションに向けて打ち上げられる予定だったが、エンジンの問題で飛行が遅れ、延期となった。この巨大なスペース・ローンチ・システムが実際に打ち上げられれば、この無人テストミッションはNASAのアルテミス計画を前進させるものとなり、最終的には宇宙飛行士を月に戻すことを目指すことになる。テストに使用されているSLSの上にある宇宙船オリオンには人間は乗らないが、ロッキード・マーティン、シスコ、アマゾンの3社が協力して、NASAに船内で何が起こっているかに関する追加情報を提供できる技術パッケージを組み立てている。

Callisto というプロジェクト名が付けられたこのコラボレーションは、4 年かけて開発され、今年初めに一般公開されました。このデモでは、Alexa を使用してライトなどの特定の宇宙船機能を制御できるか、ハンズフリーでテレメトリ データを取得できるか、Webex を使用してビデオ会議などに安全で安定した接続を確立できるかをテストします。

ここでは、各社がどのようにして「スタートレック」にインスパイアされた技術を宇宙に導入したかを紹介します。

宇宙でのベータテスト

シスコとAlexaの両チームは、2018年9月にロッキード・マーティンからアイデアを提案された後、ゲームプランを作成し、2019年に正式な作業を開始しました。それ以降、両チームは設計を考え、ハードウェアとソフトウェアの問題を解決し、最後の仕上げを行ってきました。

「ロッキード マーティンと仕事を始めたときに興味深いと思ったのは、このプロジェクトに対する彼らのアプローチが非常に顧客中心だったことです」と Alexa の主任音声 UX デザイナー、ジャスティン ニコラウスは言います。「宇宙飛行士の宇宙滞在は非常に費用がかかり、非常に計画的であるため、彼らはそれをできるだけ効率的にしたいと考えていました。彼らは宇宙飛行士が宇宙船とやりとりできるさまざまな方法を模索しています。音声はそうしたメカニズムの 1 つです。」

当初からの目標は、エンドユーザーである宇宙飛行士の生活をより簡単で、より安全で、より楽しいものにすることでした。ニコラウス氏は、この現在の試みを「おそらく一種のベータテスト」と呼んでいます。

しかし、地球の技術を宇宙に適応させる道のりには、多くの特有の課題が伴いました。

「大きな節目を迎えるたびに、ハードウェアを増やし始めました。モデリングや機械学習は知っていますが、宇宙は私にとってまったく新しい分野です」と、Alexa の応用科学マネージャー、クレメント・チャン氏は言います。「私たちは計画し、それがどのようなものになるかを推測することはできますが、さまざまなハードウェアと宇宙船を手に入れてテストを始めると、私たちの想定の多くは外れてしまいます。」

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宇宙カプセル内の音響、宇宙船の密閉された環境、宇宙飛行士がAlexaに何を言いたいのか、Alexaとどのように対話したいのか、これらはすべて、初期設計で考慮する必要があった要素でした。さらに、チームはAlexaとAmazonクラウドをNASAのDeep Space Network (DSN)と統合し、遅延を減らすためにローカル処理機能を追加する必要がありました。

まず、チームは Alexa の機能を調整し、さまざまな環境のさまざまなユーザー向けに微調整することに取り組みました。

ロッキード・マーティン社が提供した宇宙音を利用し、機内で使用されている素材を考慮して、ノイズと信号の比率が異なっていたため、モデルを再トレーニングしました。この目的のために、シスコ社はバックグラウンドノイズキャンセリングソフトウェアを使用してこの課題を回避します。

また、音声アシスタントの Alexa は、多くの新しい知識を習得する必要がありました。「コンテンツの観点から言えば、元宇宙飛行士やフライト コントローラーにインタビューして、宇宙飛行士が何を聞きたいのか、その情報をどのように伝えるのかを理解しました」とニコラウス氏は言います。たとえば、Alexa は、ミッション中に収集している科学データから、宇宙船のさまざまな部分の温度や機能、飛行中の位置や方向まで、オリオンの 10 万のテレメトリ エンドポイントにアクセスできます。

「その技術データを、Alexa が乗務員に返答できるようなわかりやすい文章にしなければなりませんでした」とニコラウス氏は言う。「この環境とこの特定のユーザーには、多くの微妙な違いがあり、それを学習し、調査し、これから行われる飛行に適応させる必要がありました。」

雲の上、そして雲の向こうへ

さらに、チームはより大きなインフラストラクチャの問題も解決しなければなりませんでした。修理チームが簡単に更新できるわけではないので、デバイスは堅牢でなければなりませんでした。「宇宙に行くときは、放射線、衝撃、振動、温度制御、内部のコンポーネントを考慮する必要があります」と、Alexa 音声サービスの主任ソリューション アーキテクトである Philippe Lantin 氏は言います。「たとえば、バッテリーは使用できないのです。これは、より耐久性のある方法でものを設計するための素晴らしい学習体験だと思いました。」

デバイスが完成したら、Alexa の機能をクラウドと機内コンピューターの間でどのように分割するのが最善か考えなければなりませんでした。「地上にいる VIP の声を機体に届ける方法を考えなければなりませんでした。そのため、その技術をゼロから構築する必要がありました」とランティン氏は言います。このプロジェクトの大きな焦点は、クラウドに依存しない Alexa の自己完結型バージョンを作成することでした。「このプロジェクトで使用できる帯域幅は非常に限られています。話しかけてから応答が聞こえるまでの合計時間は 13 秒になることもあります。」

帯域幅の可用性と遅延への調整も、シスコが克服しようと努めた問題でした。ビデオ会議に加えて、シスコは宇宙船の周囲を監視するカメラを設置しています。「現在、私たちは数メガビット相当のビデオを撮影していますが、NASA の深宇宙ネットワークに依存している深宇宙探査では、これは現実的ではありません」とシスコの製品管理担当副社長、ジョノ・ルク氏は言います。

アマゾンのエンジニアは、Alexaがアマゾンのサーバーにアクセスして応答を返すクラウドベースのサービスを使用するのは宇宙では実用的ではないと判断した。そこで彼らは、特定のEchoファミリーデバイスに搭載されているローカル音声コントロールと呼ばれる機能を拡張し、時間や日付の取得、照明のオン/オフや色の変更などのスマートホームコマンドなどのタスクに使用できるようにした。

地上の人々はAlexaにライトをつけるよう頼むことに慣れているが、宇宙のAlexaも同様のことを行う。つまり、オリオンに搭載された接続されたデバイスを制御する能力を持つ。つまり、Alexaが制御できるライトのセットがあり、Webexカメラを使用してAlexaがライトをオン/オフしているかどうかを確認する。

しかし、Alexa は宇宙で常に一人ぼっちというわけではない。チームがテストしている最後の問題は、Alexa が特定のリクエストを地球上の安全なクラウドに送り返して処理できるかどうかだ。これは、宇宙飛行士がスポーツのスコアを尋ねたり、地球で起こっていることの最新情報を入手したい場合などだ。「事前に知ることができないこともある」とニコラウスは言う。

無人ミッションでの技術デモがうまくいけば、両社は、タイマー、スケジュール、リマインダーの設定など、最初は小さなことからでも、この技術が人間の乗組員の搭乗を支援できる将来のアプリケーションを想像できるだろう。

シスコはすでに、例えば宇宙飛行士が地上から宇宙での実験を進める方法を指示するために画像に注釈を付けるといった機能をテストしている。さらに野心的なことに、Luk 氏は、将来のテストでは拡張現実やホログラム機能など、より没入感のある体験を統合できると想像している。