AutoNav : comment Perseverance a distancé tous les véhicules hors de la Terre

Le 11 octobre, un trajet de 91,31 mètres a permis à Perseverance de dépasser un record détenu depuis Opportunity. L'odomètre du rover a atteint 28,10 miles (45,22 km), contre 28,06 miles (45,16 km) pour Opportunity. L'écart est d'environ 60 m, d'après mon calcul à partir des deux chiffres de la NASA. La différence de durée est bien plus importante : Perseverance a parcouru en cinq ans et demi une distance qu'Opportunity avait mis près de 15 ans à couvrir.

Les roues et la suspension n'ont guère changé d'une génération à l'autre. Ce qui a changé, c'est la part de la conduite que le rover décide désormais lui-même.

01Ce que le record montre, et ce qu'il ne montre pas

La mission en attribue le mérite à son logiciel de conduite autonome, AutoNav. Selon le JPL, le rover photographie le terrain en roulant, construit une carte 3D des dangers et trace un itinéraire entre des points de passage choisis par les planificateurs sur Terre. Voici les chiffres qui comptent :

• Plus de 90 % de la distance de Perseverance a été parcourue avec AutoNav chargé d'évaluer le terrain. Pour le premier AutoNav martien, sur Spirit et Opportunity, ce chiffre était d'environ 5 %.
• Sojourner jugeait le chemin devant lui à partir de 20 points de mesure. Perseverance en traite 600 000 à chaque observation.
• À vitesse maximale ou proche de celle-ci, le rover peut couvrir jusqu'à 1 351 pieds (412 m) en un sol.

« Évalué par AutoNav » ne signifie pas « sans supervision ». Les humains choisissent toujours la destination. Ils définissent l'itinéraire général à partir d'images orbitales, comme celles de Mars Reconnaissance Orbiter. Les 412 m constituent en outre un plafond, non une journée type. En divisant 45,22 km par 2 006 sols, on obtient environ 22 m par sol. C'est mon calcul, et la moyenne est faible parce que les arrêts scientifiques, les prélèvements et les fenêtres de conduite restreintes dominent le planning.

02Pourquoi les rovers précédents avançaient à pas de tortue

La contrainte tient au calcul, pas à la vitesse des roues. Selon l'article de Science Robotics signé par Vandi Verma, Mark Maimone et leurs collègues, Perseverance conserve les contrôleurs de moteur de Curiosity, une vitesse de pointe comparable d'environ 4,4 cm/s, la même suspension à six roues de type rocker-bogie et un calculateur principal à base de RAD750 cadencé à 133 MHz. Ce processeur est durci contre les radiations et lent, et près de 50 % de sa capacité est absorbée par les fonctions de base du rover autres que la navigation.

Avec cette architecture à processeur unique, les rovers précédents devaient s'arrêter, collecter des images et attendre la fin de la sélection du chemin avant de faire tourner les roues. La page du JPL consacrée à la mobilité donne pour Curiosity une moyenne autonome de seulement 15 à 18 mètres par heure. Un rover capable d'avancer à environ 150 m/h perd donc l'essentiel de son temps à l'arrêt. Cette pénalité du « s'arrêter pour réfléchir » explique pourquoi les missions antérieures n'utilisaient AutoNav que pour prolonger des trajets déjà planifiés par des humains.

03Penser en roulant : l'architecture

Perseverance s'attaque au goulot d'étranglement de deux façons : un matériel dédié et un algorithme de planification moins coûteux.

Matériel. Un second RAD750, le Vision Compute Element (VCE), a été ajouté pour accélérer le traitement stéréo. Le VCE s'appuie sur un FPGA Xilinx durci contre les radiations pour les opérations parallèles : rectification d'images, préfiltrage, disparité stéréo et notation des points caractéristiques pour l'odométrie visuelle. Une fois ces tâches déchargées, le rover peut rouler presque à pleine vitesse avec toutes les fonctions d'AutoNav activées. L'article de Science Robotics rapporte des vitesses autonomes moyennes de 11,55 m/h pour Curiosity et de 97,97 m/h pour Perseverance. L'article plus récent de l'IEEE Transactions on Field Robotics sur ENav donne environ 17,3 m/h pour Curiosity contre environ 92 m/h pour Perseverance. Les deux articles n'ont pas la même méthode de calcul : il faut donc y voir un gain d'un ordre de grandeur, et non un rapport précis.

Planification. Le planificateur s'appelle Enhanced Autonomous Navigation (ENav). Il construit une carte d'altitude à partir des images stéréo et classe des arcs candidats. Ensuite, selon un article d'apprentissage automatique associé au JPL, il utilise l'algorithme Approximate Clearance Evaluation (ACE) pour vérifier que les trajectoires les mieux classées sont sûres. ACE est économe par conception. Il estime les altitudes minimale et maximale que chaque roue peut atteindre sur le terrain, puis évalue la configuration la plus défavorable du véhicule. Cela remplace la simulation itérative de la suspension, trop lente pour un RAD750. Un test sur du matériel de classe RAD750 a mesuré environ 12 ms par vérification ACE. Dans le même article, l'ENav de référence consacre environ 4,5 s par cycle de planification à 377 vérifications de ce type. N'exécuter la vérification coûteuse que sur une poignée de candidats en tête de classement permet de borner ce coût.

L'article sur ENav explique pourquoi cela compte pour l'évaluation roue par roue. Les planificateurs antérieurs utilisaient un modèle de disque grossier du rover. ENav évalue les dangers à l'emplacement de chaque roue grâce à ACE. Il peut ainsi traverser des terrains plus rocailleux que ne le permettrait une empreinte prudente.

04Latence, ligne de visée et dérive

Le délai de communication façonne cette conception d'une manière particulière. La limite déterminante est le cycle de liaison montante, une fois par sol, et pas seulement le temps de propagation de la lumière : un rover qui s'arrête dès que son chemin planifié par des humains est épuisé reste donc inactif la plus grande partie de la journée. L'article sur ENav note qu'AutoNav n'est pas limité au terrain visible depuis la position de départ. Il peut ainsi rouler bien au-delà des quelque 15 à 50 m de ligne de visée de chaque trajet dirigé. Les planificateurs fournissent des objectifs et des zones d'exclusion. Le rover gère la géométrie à l'échelle du mètre, que l'imagerie orbitale ne permet pas de résoudre.

Le prix de l'autonomie, c'est l'erreur de position. Perseverance se repère par odométrie visuelle. Le JPL précise que de petites erreurs s'accumulent au cours d'un trajet. Sur de longs trajets, l'estimation de sa position par le rover peut être fausse de plus de 100 pieds (jusqu'à 35 m). La première parade du JPL était un algorithme embarqué qui met en correspondance l'imagerie des caméras et les cartes orbitales. Maimone décrit désormais un logiciel plus récent qui permet au rover de vérifier sa position par rapport aux cartes orbitales en cours de trajet. Il ajoute qu'il apprend à Perseverance à braquer moins et à rouler davantage. Le JPL n'a pas publié de chiffres de performance pour cette mise à jour : son effet n'est donc pas quantifié.

05Limites et problèmes ouverts

La première limite est la lumière du Soleil. Un fort éclairement peut perturber les caméras de navigation et la lecture du terrain par le logiciel. Lorsque le rover roule en direction du Soleil, les planificateurs arrêtent actuellement la conduite avant le milieu de l'après-midi. Maimone voit dans la lumière solaire elle-même la prochaine frontière : apprendre au rover à voir malgré l'éblouissement offrirait à tous les futurs rovers une journée de travail plus longue.

La deuxième est qu'ENav raisonne sur la géométrie, pas sur la nature du sol. L'article sur ENav cite la classification du terrain parmi les travaux futurs. Elle permettrait aux rovers d'éviter des dangers non géométriques comme le sable glissant.

La troisième tient à la part de la planification au sol qui peut être automatisée. Selon un compte rendu secondaire citant l'annonce du JPL de janvier 2026, un modèle vision-langage a analysé en décembre 2025 des images orbitales et des données d'altitude, puis généré des points de passage pour le rover. Les ingénieurs ont vérifié les commandes dans une réplique numérique, au regard de plus de 500 000 variables de télémétrie, avant la transmission. Je n'ai pas pu vérifier ces détails dans le communiqué du JPL lui-même. Si l'information se confirme, le schéma est le même que pour AutoNav : un modèle borné propose, un vérificateur prudent dispose.

06Enseignements pour la robotique autonome

1. L'architecture l'emporte sur la puissance brute. Les roues et la classe de processeur sont restées proches de celles de Curiosity. L'ajout d'un coprocesseur de vision et la suppression du cycle arrêt-attente ont multiplié le débit par un ordre de grandeur.
2. Borner la vérification coûteuse. ACE ne s'exécute que sur quelques candidats classés, si bien que le coût de sécurité dans le pire cas reste prévisible sur du matériel lent.
3. L'autonomie exige un budget de localisation. Rouler plus vite accroît le risque de dérive, d'où l'importance de la mise en correspondance avec les cartes orbitales.
4. Les humains restent dans la boucle. Ils fixent les objectifs et les zones d'exclusion. L'autonomie raccourcit la boucle sans la supprimer.

La mission a encore de la route devant elle. La NASA a approuvé une première mission prolongée, qui court d'octobre jusqu'à la fin de 2028 environ. Le chef de projet Steven Lee s'attend à ce que le rover continue d'allonger ce record pendant de nombreuses années. Les prochains gains dépendent de logiciels, comme la gestion de l'éblouissement et la localisation en cours de trajet, et non de nouveau matériel.