Space oddity. Роботы в космосе

Вступив в 21 век, мы видим поразительные успехи космической техники - вокруг Земли обращаются десятки тысяч спутников, космические аппараты совершили посадку на Луну, привезя оттуда образцы грунта. Впоследствии на Марс и Венеру опускались автоматические зонды, несколько космических аппаратов покинули пределы Солнечной Системы и несут на себе послания Внеземным Цивилизациям. И это только начало.

Розетта

Розетта - космический аппарат, предназначенный для исследования кометы. Разработан и изготовлен Европейским космическим агентством в сотрудничестве с NASA. Космический аппарат запущен 2 марта 2004 года к комете 67P/Чурюмова - Герасименко. Состоит из двух частей: собственно зонда «Розетта» и спускаемого аппарата «Филы».

Название зонда происходит от знаменитого Розеттского камня - каменной плиты с выбитыми на ней тремя идентичными по смыслу текстами, два из которых написаны на древнеегипетском языке (один - иероглифами, другой - демотическим письмом), а третий написан на древнегреческом языке. Сравнивая тексты Розеттского камня, учёные смогли расшифровать древнеегипетские иероглифы; с помощью космического аппарата «Розетта» ученые надеются узнать, как выглядела Солнечная система до того, как сформировались планеты.

Кассини-Гюйгенс

Кассини-Гюйгенс - автоматический космический аппарат, созданный совместно НАСА, Европейским космическим агентством и Итальянским космическим агентством. Кассини-Гюйгенс предназначен для исследования планеты Сатурн, колец и спутников. Аппарат состоит из орбитальной станции - искусственного спутника Сатурна Кассини и спускаемого аппарата с автоматической станцией Гюйгенс, предназначенной для посадки на Титан.

Кассини-Гюйгенс был запущен 15 октября 1997 года. 1 июля 2004 года после торможения вышел на орбиту спутника Сатурна. Общие затраты на миссию превышают 3.26 млрд долларов США.

Мангальян

Мангальян - индийская автоматическая межпланетная станция, предназначенная для исследования Марса с орбиты искусственного спутника. Для Индии это первый запуск космического аппарата к Марсу и первый запуск космического аппарата к другой планете. Основная цель первой индийской миссии к Марсу - разработка технологий, необходимых для успешного осуществления следующих этапов полёта космического аппарата к Марсу. Научные цели - исследование поверхности (детали поверхности - кратеры, горы, долины и т. д., морфология, минералогия) и атмосферы Марса индийскими научными приборами.

Космический телескоп «Хаббл»

Это автоматическая обсерватория на орбите вокруг Земли, названная в честь Эдвина Хаббла. Телескоп «Хаббл» - совместный проект НАСА и Европейского космического агентства. Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна; в первую очередь - в инфракрасном диапазоне. Благодаря отсутствию влияния атмосферы разрешающая способность телескопа в 7-10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле.

Первое упоминание концепции орбитального телескопа встречается в книге Германа Оберта «Ракета в межпланетном пространстве», изданной в 1923 году. В 1946 году американский астрофизик Лайман Спитцер опубликовал статью «Астрономические преимущества внеземной обсерватории».

За 15 лет работы на околоземной орбите получил 1 млн изображений 22 тыс. небесных объектов - звёзд, туманностей, галактик, планет. Поток данных, которые он ежемесячно генерирует в процессе наблюдений, составляет около 480 ГБ. Общий их объём, накопленный за всё время работы телескопа, составляет примерно 50 терабайт. Более 3900 астрономов получили возможность использовать его для наблюдений, опубликовано около 4000 статей в научных журналах.

Хаябуса-2

«Хаябуса-2» - автоматическая межпланетная станция Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), предназначенная для доставки образцов грунта с астероида класса C.

Марсоход Curiosity

Марсоход третьего поколения представляет собой автономную химическую лабораторию в несколько раз больше. Запуск «Кьюриосити» к Марсу состоялся 26 ноября 2011 года, мягкая посадка на поверхность Марса - 6 августа 2012 года. Предполагаемый срок службы на Марсе - один марсианский год (686 земных суток).

Название «Кьюриосити» было выбрано в 2009 году среди вариантов, предложенных школьниками, путём голосования в сети Интернет. Среди других вариантов были Adventure («Приключение»),Amelia, Journey («Путешествие»), Perception («Восприятие»), Pursuit («Стремление»), Sunrise («Восход»), Vision («Видение»), Wonder («Чудо»).

400 человек обеспечивает работу Кьюриосити с Земли - 250 учёных и примерно 160 инженеров. «Кьюриосити» запрограммирован каждый год петь себе песню Happy Birthday.

Марс-экспресс

«Марс-экспресс» - автоматическая межпланетная станция Европейского космического агентства, предназначенная для изучения Марса. Космический аппарат состоял из орбитальной станции - искусственного спутника Марса и спускаемого аппарата с автоматической марсианской станцией «Бигль-2».

2 июня 2003 «Марс-экспресс» стартовал на космодроме «Байконур» с помощью ракеты-носителя «Союз-ФГ» с разгонным блоком «Фрегат». Благодаря снимкам косморобота учёные смогли сконструировать и представить трёхмерные модели марсианских ландшафтов.

Робонавт-2

Робонавт-2 - робот, живущий на МКС. Он представляет собой безногую (до 2014 года) человекоподобную фигуру, голова которой выкрашена золотой краской, а торс - белой. На руках у робонавта по пять пальцев с суставами наподобие человеческих. Машина умеет писать, захватывать и складывать предметы, держать тяжёлые вещи, например, гантель весом 9 кг. Робот пока не имеет нижней половины тела.

В шлем R2 вмонтированы четыре видеокамеры, благодаря им робот не только ориентируется в пространстве, но и транслирует с них сигналы на мониторы диспетчеров. Также в шлеме находится и инфракрасная камера. Общее число датчиков и сенсоров - более 350. Дальнейшее развитие проекта «Робонавт» предусматривает высадку робота на поверхность Луны. С помощью него учёные будут удалённо «ходить» по поверхности, изучать лунный грунт, настраивать оборудования.

После того, как к роботу-гумоноиду подсоединили ноги в 2014 году, его общий рост составил 2.7 метров. Каждая нога робота имеет семь соединений.

Автоматическая межпланетная станция Dawn (рус. Рассвет) была запущена НАСА 27 сентября 2007 года для исследования астероида Весты и карликовой планеты Цереры. К Церере аппарат «Dawn» приблизился 6 марта 2015 года. «Он должен проработать на орбите Цереры до июля 2015 года.

Робот Декстр

Это второй робот на МКС. Декстр (также известный как «гибкий манипулятор специального назначения») - двурукий манипулятор, являющийся частью мобильной обслуживающей системы Канадарм2 на МКС. Его целью является расширение функциональности этой системы, позволяющей выполнять действия за бортом станции без необходимости выхода в открытый в космос.

Декстр является вкладом Канады в проект МКС. Название «Декстр» происходит не от имени главного героя одноименного сериала, а от английского слова dexterity - гибкость, ловкость, проворство. Также его часто называют «Canada hand» («Канадская рука»).

Марсоход «Оппортьюнити»

Это второй марсоход космического агентства НАСА (Curiosity - третий). Был выведен с помощью ракеты-носителя Дельта-2 7 июля 2003 года. На поверхность Марса опустился 25 января 2004 года тремя неделями позже первого марсохода Спирит. Основной задачей миссии было изучение осадочных пород, которые, как предполагалось, должны были образоваться в кратерах (Гусева, Эребус), где когда-то могло находиться озеро, море или целый океан.

В конце апреля 2010 года продолжительность миссии достигла 2246 сол, что сделало её самой длительной среди аппаратов, работавших на поверхности «красной планеты». На сегодняшний день Оппортьюнити продолжает эффективно функционировать, уже более чем в 40 раз превысив запланированный срок в 90 сол. За неоценимый вклад Оппортьюнити в изучение Марса, в его честь был назван астероид 39382.

Марс Одиссей

Это действующий орбитальный аппарат НАСА, исследующий Марс. Главная задача, стоящая перед аппаратом, заключается в изучении геологического строения планеты и поиске минералов. Аппарат был запущен 7 апреля 2001 года.

Станция «Юнона»

Автоматическая межпланетная станция НАСА Юнона была запущенна 5 августа 2011 года для исследования Юпитера. Целью миссии является выход аппарата на полярную орбиту искусственного спутника газового гиганта в 2016 году, изучение магнитного поля планеты, а также проверка гипотезы о наличии у Юпитера твёрдого ядра. Кроме того, аппарат должен заняться исследованием атмосферы планеты - определением содержания в ней воды и аммиака, а также построением карты ветров.

Находясь на орбите Юпитера, «Юнона» будет получать всего 4 % от того солнечного света, который аппарат мог бы получать на Земле, однако улучшения в технологии изготовления и эффективности панелей в течение последних десятилетий смогли позволить использовать солнечные панели приемлемых размеров на расстоянии в 5 а.е. от Солнца.

Вояджер-1

«Вояджер-1» - самый дальний от Земли и самый быстрый движущийся объект, созданный человеком. На 25 марта 2015 года «Вояджер-1» находился на расстоянии в 130,888 а. е. (19 580 млрд км, или 0.002056 св. года) от Солнца - расстояние, преодолеваемое лучом света за 18 часов и 8 минут.

«Вояджер-1» - автоматический зонд, исследующий Солнечную систему и её окрестности с 5 сентября 1977 года. В настоящее время находится в рабочем состоянии и выполняет дополнительную миссию по определению местонахождения границ Солнечной системы, включая пояс Койпера. Первоначальная миссия заключалась в исследовании Юпитера и Сатурна. «Вояджер-1» был первым зондом, который сделал детальные снимки спутников этих планет. На борту аппарата закреплена золотая пластина, где для предполагаемых инопланетян указано местонахождение Земли, а также записаны ряд изображений и звуков. В первой половине 2012 года аппарат вышел на границу межзвёздного пространства.

Новые горизонты

New Horizons - автоматическая межпланетная станция НАСА, предназначенная для изучения Плутона и его естественного спутника Харона. Запуск осуществлён 19 января 2006 года, с пролётом Юпитера в 2007 году (и ускорения в поле его тяготения) и Плутона в 2015 году. После пролёта мимо Плутона аппарат, возможно, изучит один из объектов пояса Койпера. Полная миссия «Новых горизонтов» рассчитана на 15-17 лет.

«Новые горизонты» покинул окрестности Земли с самой большой из всех космических аппаратов скоростью. В момент выключения двигателей она составила 16.26 км/с (относительно Земли). Полет от Земли до Луны занял у зонда 8 часов 35 минут и проходил со скоростью 58 тыс. км/ч, что является рекордной скоростью для аппарата, запущенного по направлению к Луне. Однако, следует учитывать, что скорость аппарата (в отличие от миссий, ориентированных на спутник Земли) не снижалась для выхода на окололунную орбиту.

Advanced Composition Explorer

Робот для самых жарких точек. Это аппарат, запущенный NASA в рамках программы исследования Солнца и космического пространства «Эксплорер» для изучения таких видов материи, как энергетические частицы солнечного ветра, межпланетная и межзвёздная среда, а также галактическая материя.

Россия

SAR-401 , НПО "Андроидная техника", Москва

Телеуправляемый андроид для работы в космосе. Дистанционно управляется оператором с помощью костюма-повторителя. Разработан в "начале" десятых годов XXI века. В 2016 году в ЦНИИмаш говорят о планах разработке на его основе робота для МКС со сроком готовности к 2020 году. Разработкой занимается НПО Андроидная техника. / Петербургский дневник

, Центр подготовки космонавтов имени Ю.А.Гагарина, Россия

Телеуправляемый андроид для работы на орбитальных космических станциях.

Космобот, РКК Энергия, НПО "Андроидная техника", Россия

В ноябре 2016 года представители РКК Энергия объявили о планах создания мобильного робота, который сможет эксплуатироваться на российском сегменте МКС в период с 2020 по 2024 год. Соответствующий конкурс выиграли РКК Энергия в кооперации с НПО "Андроидная техника" и ЦНИИ РТК. Ранее, как известно, в "Андроидной технике" создавали робота-аватара SAR-401. Мобильного робота планируется использовать на борту сооружаемого научно-энергетического модуля (НЭМ). О практической полезности такого робота на станции можно спорить, скорее речь идет об испытаниях работы робототехнических устройств в космосе - а это, конечно, нужно делать, учитывая перспективность освоения космического пространства с помощью автономных роботов. Что-то много уже "космических роботов" для работы на МКС в разработке развелось. А реально пока на МКС только американский Robonaut 2 летал.

, Москва

Космическая транспортно-манипуляционная система для выполнения технологических операций на внешней поверхности космических аппаратов и поддержки экипажа при внекорабельной деятельности. Для работы в КА или на поверхности КА..

Сеть российских, полностью роботизованных телескопов МАСТЕР.

Проект робота-космонавта антропоморфного типа. Для работы на МКС. Планируется готовность к полету в космос в 2021 году.

Зарубеж

AILA, Германия

бортовой робот - андроид с возможностью работы в космосе

Clipper, NASA, США

Проект исследования спутника Юпитера - Европы. В 2016 году на него будет потрачено $30 млн. Цель - поиск признаков обитаемости. Планируемое время запуска - 2025 год.

Curiosity, NASA, США

марсоход, действует на Марсе на 2015.05

, MDA Space Missions, подразделение компании MacDonald Dettwiler по заказу Канадского космического агентства, Канада

грузовой манипулятор для работы на поверхности МКС. Дистанционно управляется оператором, в том числе может управляться оператором наземного центра управления.

DEPTH, Stone Aerospace, США

Deep Phreatic Thermal Explorer. Так называемый "криобот". Разработка по заказу NASA автономного исследовательского робота, способного бурить ледяную поверхности Европы. Обладает встроенным источником энергии и лазерными светодиодами, позволяющими расплавлять лед, чтобы робот мог продвинуться под ледяной панцирь Европы. Аппарат снабжен подводным транспортным средством ARTEMIS (Autonomous Rover / airborne-radar Transects of the Environment Beneath the McMurdo Ice Shelf) - прототипом зонда, способного исследовать термальные источники.

ERA, Евросоюз

Робот-манипулятор длиной 11.3 м и массой 600 кг. Должен работать на модуле "Наука", который планируется запустить к МКС. Сроки запуска российского модуля несколько раз переносились и в 2018 году речь идет уже о ноябре 2019 года. / 3dnews.ru 2018.06.12

HTV, Японское агентство аэрокосмических исследований, Япония

H-II Transfer Vehicle, японский беспилотный автоматический грузовой космический корабль, созданный в Японском агентстве аэрокосмических исследований. Разработка и постройка обошлась в $680 млн. Длина - около 10 метро, максимальный диаметр - 4.4 м, масса - 10.5 т, грузоподъемность - до 6 т., автономный полет - до 100 часов. Одноразовый, после доставки грузов на МКС, сходит с орбиты и прекращает существование. Не имеет возможностей автостыковки с МКС, стыковку обеспечивает роборука Dextre, Канада, установленная на МКС.

InSight, США

В мае 2015 года начались испытания спроектированного по заказу NASA марсианского зонда InSight на базе Lockheed Martin около Денвера. Видео . Задачи: изучить сейсмику Марса, температурный режим на глубинах до 5 метров, выявить распределение масс в центре планеты, изучение размеров, плотности и общей структуры Марса, ядра, мантии и коры.

K-REX, NASA, США

Робот для использования на поверхности Луны с элементами ИИ и когнитивными способностями. Должен будет находить удобные маршруты для перемещения по пересеченной поверхности нашего спутника. "Знает" основные законы физики и применяет их для выбора оптимального безопасного маршрута. Пока что не может менять планы в ходе их исполнения - т.е. составляет программу заранее, а затем ей следует.
2016.05.23 .

, NASA, США

Ровер, презназначенный для проведения исследований на Марсе, начиная с 2021 года. Ровер будет построен с учетом опыта Curiosity и с использованием ряда его узлов. Новинка получит ряд новых сенсоров и другие задачи. В частности, робот будет собирать пробы грунта, проверять их на предмет следов микробной жизни. У нового ровера изменится конструкция колес, они станут прочнее, чем у Curiosity. Изменится схема посадки ровера на Марс.

Marsbee

Финансируемый NASA в 2018 году проект создания роя летающих роботов-пчел, которые могли бы оказать помощь астронавтам в изучении Марса. Первоначальная сумма финансирования - $125 тыс.

Opportunity, США

MER-B (Mars Exploration Rover - B). Беспилотный ровер - марсоход. Начал работу на поверхности Марса в 2004 году. Остается активным и на 2015 год.

Philae, Европа

Робот-зонд, предназначенный для автоматизированных исследований кометы 67Р/Чюрюмова-Герасименко. Вес - около 100 кг. Посадка на комету - 12.11.2014. Доставлен космическим аппаратом Розетта. После 60 часов работы от батареи, робот перешел в спящий режим. Через почти 7 месяцев "сна", 14 июня 2015 года робот подзарядился, поскольку комета приблизилась к Солнцу и готов к проведению дальнейших экспериментов.

, NASA/DARPA, США

Робот для использования в космосе, на Луне, на Марсе. С двумя ногами и возможностью хождения. На 2015.11 в разработке.

или R2, General Motors и NASA при содействии Oceaneering Space Systems, США

Эволюция проекта Robonaut. Программа Robonaut стартовала в 1997 году. Планировалось, что испытать робота в космосе можно будет еще в 2005 году. В 2014 году был выбран в качестве NASA Government Invention. Официальная страница Robonaut 2 .

2015.06.21 Robonaut 2 появился на МКС. Робот планируют использовать для "медицинских задач" под управлением докторов, находящихся на Земле. Цель программы - переложить на робота повторяющиеся работы.
2015.06.21 NASA has a robot in International Space Station .

Shapeshifter

Финансируемый NASA в 2018 году проект, который подразумевает создание группы роботов, которые могут, объединяясь, принимать различную форму. Это позволит им исследовать поверхность Титана (спутника Сатурна). Первоначальная сумма финансирования - $125 тыс.

Siding Spring Observatory, Австралия

телескоп-робот для автоматизированного сбора информации о космической среде

Автономный дрон для использования на обитаемых космических орбитальных станциях.

SpiderFab

Концепт робота для работы в космосе.

VALKYRIE, США

Very deep Autonomous Laser-powered Kilowatt-class Yo-yoing Robotic Ice Explorer, разработка компании Stone Aerospace в рамках проекта NASA. Развитие идей исследовательского робота DEPTHX для исследований Европы, спутника Юпитера. В отличие от прототипа, у этого робота источник энергии является внешним и может быть оставлен на поверхности, лазерный луч для бурения льда идет к роботу по сверхтонкому оптоволокну. В 2015 году мощность лазера составляет 5 кВт, к моменту полета на Европу мощность лазера, как ожидается, достигнет 250 кВт. Идея в том, что робот, оказавшись на поверхности Европы, проведет бурение льда. В 2014 году в испытаниях VALKYRIE спустилась на глубину 31 метр в леднике Матануска на Аляске.

, США

беспилотный космический челнок (Orbital Test Vehicle-4). Размеры шатлла 2.9 м в высоту и 8.9 м в длину. Аппарат способен перемещаться в космосе благодаря реактивному двигателю.

2017.05.07 Беспилотный орбитальный челнок X-37 вернулся на Землю после полета продолжительностью в 2 года, совершив посадку на территории Космического центра Кеннеди на мысе Канаверал. Пентагон не раскрывает целей полета (упоминалось только о проверке работы ионных микрореактивных двигателей и свойств материалов в космосе).

XS-1, DARPA, США

Хiaotian, China Aerospace Science and Technology Corp., Китай

робот для космических исследований на борту орбитальных станций и в открытом космическом пространстве.

Кроме нашего родного праздника 12 апреля - Дня Космонавтики - есть ещё целая Всемирная неделя космоса, которая длится с 4 по 10 октября. В связи с этим, предлагаем краткий обзор использования современных космических роботов. Итак, как гласит Википедия: Ро́бот - автоматическое устройство, созданное по принципам распознавания, удержания и перемещения объектов во вредной и опасной средах, предназначенное для осуществления различного вида операций для производства, которое действует по заранее заложенной программе и получает информацию о положении и состоянии окружающего пространства посредством датчиков.

Робот самостоятельно осуществляет производственные и иные вспомогательные операции, частично или полностью заменяющие труд человека. При этом робот может как иметь связь с оператором получать от него команды, так и действовать автономно, в соответствии с заложенной программой.

Под термин «робот» можно подвести несметное количество устройств. Причём таких, которые вы сами в жизни бы не сочли роботом. Например, банкоматы формально тоже являются «денежными» роботами: они способны автоматически, без участия человека принимать и выдавать деньги, распознавать номинал купюр, сортируя их по своим внутренним кассетам, работать с банковскими картами. Даже промышленные манипуляторы считаются роботами, хотя их функциональность в разы беднее, чем у банкоматов; но зато они двигаются и потому в нашем сознании больше соответствуют гордому званию «робота».

Роботы начали участвовать в освоении космоса раньше человека: автоматическая межпланетная станция (AМС) «Луна-1» была запущена в 1959-м (Гагарин полетел в 1961) и стала первым аппаратом, достигшим второй космической скорости и первым искусственным спутником Солнца. После «Луны-1» по сегодняшний день в космос были запущены десятки АМС, самыми знаменитыми из которых стали «братья» «Вояджеры». Пожалуй, некоторые современные спутники тоже можно считать роботами. Все планетоходы - наш и китайский луноходы, американские марсоходы - вообще чистейшей воды роботы.

Нестареющая классика

Европейскому Космическому Агентству удалось реализовать действительно прорывной проект: впервые в истории успешно посадить на комету искусственный аппарат. «Филы» должен был закрепиться на поверхности ядра с помощью гарпунов, потому что гравитация там слишком слаба, но они не сработали, как и ракетный двигатель, который должен был прижимать аппарат к поверхности. Впрочем, «Филы» всё же сел на комету и провёл ряд исследований, включая химический анализ грунта.

В 2013-м году на Луну высадился китайский луноход «Юйту̒». Собственно, в нём самое примечательное то, что он: а) китайский; б) первый луноход за более чем 40 лет, прошедших с окончания работы советского «Лунохода-2». При запланированных трёх месяцах активной работы «Юйту» перестал двигаться через два. Правда, он не сломался окончательно, а простоял больше двух лет, время от времени выходя на связь. Утверждается, что с помощью «Юйту» удалось обнаружить новый тип лунного грунта.

Что касается российских планетоходов, то «Луноход-2» (1973) стал последним нашим реализованным проектом. Также сегодня существуют планы по созданию спускаемых аппаратов «Луна-25», «Луна-27» и «Луна-28». Первый предназначен для обкатки технологий, второй будет анализировать пробы грунта на месте, а третий должен привезти на Землю лунный лёд.

«Луна-25» («Луна-Глоб»):

«Луна-27» («Луна-Ресурс-ПА»):

В рамках того же проекта Луну будет исследовать и автоматическая станция «Луна-26» («Луна-Ресурс»):

Учитывая постоянные переносы сроков и сокращение расходов на космическую программу неизвестно, полетят ли эти аппараты вообще. Современные исследовательские роботы - АМС, планетоходы - очень дороги в разработке, создании и запуске. Поэтому нередко такие проекты являются плодом международных коопераций. К примеру, программа ExoMars реализуется совместно Европейским Космическим Агентством и Роскосмосом. Первая часть - ExoMars-2016 - оказалась успешной лишь отчасти: спутник-ретранслятор Trace Gas Orbiter успешно вышел на орбиту вокруг Марса, а спускаемый модуль Schiaparelli разбился. В 2020-м планируется запустить вторую очередь программы - отправить на Марс разработанные Роскосмосом поверхностную платформу с марсоходом ExoMars. Будем надеяться, что всё сложится успешно, и планетоход российской конструкции наконец-то начнёт изучение марсианской пустыни.

Впрочем, есть надежда, что Роскосмос реализует ещё один интересный проект исследовательского планетохода, который пока носит рабочее название «Робот-геолог». Два года назад сообщалось, что по своей функциональности он будет сравним с Curiosity, который прилетел на Марс ещё в 2012-м, только «Робота-геолога» собираются отправить на Луну. Шестиколёсный луноход будет длиной около 4 м и весить около 1400 кг. Пока это лишь проект, но кто знает…

А ручки-то вот они!

На МКС уже много лет в открытом космосе работают два робота-манипулятора: канадский манипулятор Canadarm2 с «расширением» SPDM (”Dextre”), которым можно управлять как с борта станции, так и с Земли:

… и японский JEMRMS длиной 10 м:

Роботы-аватары

Одно из самых интересных направлений развития космической робототехники - роботы-аватары. Это устройства, которыми космонавты могут управлять дистанционно, выполняя работы в открытом космосе, но при этом находясь в тепле и уюте космической станции. Дело в том, что выпускать в открытый космос человека очень дорого: каждому космонавту шьют индивидуальные скафандры, которые сами по себе стоят как несколько роскошных автомобилей, а ведь их ещё нужно доставить на станцию. Если посчитать все расходы, то каждый час работы космонавтов в открытом космосе стоит, по разным данным, $2-4 млн. При этом далеко не всегда для выполнения работ требуется особая смекалка, в космическом ремонте/монтаже/разгрузке/погрузке достаточно рутинных операций.

Было бы идеально, если бы этим занимались автономные роботы, а космонавты тратили бы своё время на более важные задачи или просто больше отдыхали. Но увы, технологии искусственного интеллекта пока ещё в зачаточном состоянии, так что сэкономить деньги и время на выходах людей в открытый космос можно только с помощью роботов-аватаров.

Их разработка ведётся и в NASA, и в Роскосмосе, возможно, и в других странах. Например, в рамках американской программы Robonaut было создано несколько моделей антропоморфных роботов-аватаров. Robonaut 2 в 2011 отправлен на МКС.

В этом году завершилось инициированное NASA соревнование на разработку лучших алгоритмов управления для будущего робота Robonaut 5 (”Valkyre”), которого планируется использовать в разных миссиях агентства, в том числе в экспедиции на Марс.

Робот высотой 185 см весит 135 кг, потребляет 1,8 кВт*ч и управляется двумя компьютерами на базе Intel Core i7. Основную информацию об окружающем пространстве робот получает с помощью системы датчиков, включая пассивное стереозрение, лазерное сканирование и генерирование облака точек инфракрасного структурированного освещения (IR structured light point cloud generation). Питание робота может быть как автономным, так и по кабелю.

Российский антропоморфный робот-аватар SAR-400 - первый наш космический робот после 20-летнего перерыва - пару лет назад отметился в новостях, прокатившись перед президентом на квадроцикле. После наземных испытаний на полноразмерном макете модуля МКС робота планировали отправить на настоящую станцию, но отказались от этих планов. Позднее была представлена усовершенствованная модель SAR-401, которую тоже ангажируют на МКС, но не раньше 2021 года.

Также наша космическая корпорация планирует поселить на МКС «Андронавта» - робота-компаньона для психологической и информационной помощи космонавтам. Это не первый эксперимент такого рода: ещё в 2013-м на станцию привезли японского робота Kirobo, который стал, гхм, компаньоном для японского космонавта. Но если Kirobo был высотой всего 34 см и весил 980 граммов, то «Андронавт» размером со здоровенного мужика. Текущий прототип даже слишком велик для МКС, и если мы всё же отправим на станцию робота подобного назначения, то это наверняка будет более компактная модель.

Кроме того, «Андронавт» - робот двойного назначения: он может работать и в режиме аватара, управляясь человеком как со станции, так и с Земли. Предполагается использовать его для работ внутри модуля станции в случае его разгерметизации, а также для планового техосмотра в полуавтономном режиме.

Сам себе мастер

Любопытный проект сейчас разрабатывается под эгидой NASA - космический робот (”Dragonfly”) для сборки и ремонта спутников. По сути, это рука-манипулятор длиной 3,5 м, с помощью которой спутники могут самостоятельно монтировать на себе в космосе антенны и прочее хрупкое оборудование. Также Dragonfly будет использоваться для сборки в космосе больших спутников, которые слишком дорого или невозможно выводить на орбиту целиком.

Та же контора SSL, что создаёт Dragonfly, прорабатывает и проекты роботов-ремонтников для спутников - RSGS и Restore-L. Это очень актуальная проблема, поскольку срок жизни спутников не слишком велик, обычно считаные годы. Потом у них кончается топливо для маневровых двигателей или они умирают, нередко пополняя легион космического мусора, уже окутавшего планету. А с помощью роботов-ремонтников можно сэкономить на запуске новых спутников вместо сломавшихся и замедлить замусоривание околоземного пространства.

В прошлом году начальник лаборатории космической робототехники ЦНИИмаш сообщил , что и у нас в стране разрабатываются ремонтные роботы для спутников. Но нам не удалось найти какой-то информации об этих разработках.

Звёздная пчела

NASA планирует в скором времени отправить на МКС специфического вспомогательного робота Astrobee. Это куб со стороной в 30 см, который будет летать по станции и помогать космонавтам в проведении опытов в условиях микрогравитации, а также служить дополнительными глазами и ушами для Хьюстона. Этакий порхающий стукачок.

У «Звёздной пчелы» есть даже маленький манипулятор, с помощью которого он сможет где-нибудь швартоваться или что-нибудь держать в время опытов. Робот снимет с космонавтов рутинные задачи по инвентаризации, с помощью RFID-сканера он сможет каталогизировать и обновлять данные о местоположении любых агрегатов и предметов на станции. Также это высокотехнологичное альтер-эго «Лизуна» сможет следить за качеством воздуха и уровнем шума на МКС.

Астероидный вор

NASA, как самое богатое аэрокосмическое агентство в мире, может себе позволить очень сложные и необычные проекты. К середине 2020-х здесь собирается реализовать оригинальную миссию-многоходовку Asteroid Redirect Mission по исследованию астероидов. Специальный робот должен будет подлететь к астероиду, найти на его поверхности подходящий валун, схватить его манипуляторами и привезти на орбиту вокруг Луны, где камешек примут в свои дружеские объятия космонавты, возьмут образцы и отправят на Землю для анализа химического состава, чтобы узнать всю правду о том астероиде, с которого умыкнули валун. Прототип робота уже прошёл испытания, его запуск запланирован на 2021-й.

Хотя на самом деле, как уже говорилось, роботов в космосе пруд пруди, но устройств, которые в сознании массового читателя соответствуют званию «робота», - антропоморфного автономно действующего аппарата - там сегодня почти нет. Другое дело, что именно антропоморфные роботы в космосе нужны в последнюю очередь - там правит бал рациональность, функциональность и специализация. Антропоморфизм по большей части целесообразен только для тех устройств, которые часто или постоянно контактируют с человеком. А пока подавляющее большинство космических роботов будут похожи на что угодно, но не на «роботов».

Зато когда мы создадим технологию искусственного интеллекта, достаточно компактную и энергоэффективную, чтобы её можно было встраивать в космические устройства с их жесточайшими массо-габаритными ограничениями, тогда наступит вторая эра роботов. А пока пожелаем успеха, удачи и щедрого финансирования разработчикам «Андронавта»!

В научно-фантастической литературе роботы обычно ходят, но не летают. Реальные роботоподобные устройства, к сожалению, более разнообразны. Наиболее известный пример полностью подвижного, полностью независимосго робота дает управляемое оружие — роботоподобный реактивный снаряд. Эти устройства в трудных условиях обнаруживают цель и делают это намного точнее, чем любой человек.

В космосе летающие роботы шпионят за деятельностью на Земле. Там они, однако, выполняют также и гораздо более мирную работу: ретранслируют телевизионные программы и исследуют Луну. В этом отношении робот намного более разносторонен, чем человек. Эта разносторонность, вероятно, еще более возрастет, когда мы научимся производить роботов с более сложной нервной системой. Уже оказалось возможным сконструировать автопилот, который не только управляет горизонтальным полетом самолета, но и производит автоматически взлет и посадку.

Сейчас имеется дополнительная возможность создания подвижного робота, основанная на принципе работы аппарата на воздушной подушке. Этот принцип уже использовался в бытовых приборах и в газонокосилках, но еще никогда не применялся для «подвешивания» подвижных роботов. Широко используемыми разновидностями летающего робота являются поднимаемые на шарах-зондах радио- и радиолокационные системы, предназначенные для передачи на Землю необходимых для предсказания погоды данных о верхних слоях атмосферы, хотя направление перемещения определяется здесь не самой системой, а направлением ветра.

Радиоуправляемая беспилотная авиация долгое время использовалась для таких целей, как учебная стрельба, где невозможность использования пилота очевидна. Например, самолет-мишень «Королева Пчела», который использовался в начале 40-х годов ХХ века, был просто модификацией «Тигрового Мотылька» — обычным образом пилотируемого биплана. «Королева Пчела» управлялась с Земли при помощи 10 кнопок или иногда от диска наподобие телефонного. Было найдено решение для весьма успешной посадки «Королевы Пчелы», снабженной поплавками взамен колес, при помощи дистанционного управления, даже если море было неспокойно. Усовершенствованный вариант этого самолета был известен под названием «Королева Оса». Системы управления, подобные этим, использовались также на радиоуправляемых быстроходных катерах-целях «Королева Утка» и «Королева Чайка». От этих систем управления впоследствии перешли к более сложной системе «Рестлес», которой также оснащались радиуправляемые быстроходные катера. Стоящие в море на мертвом якоре катера запускались и управлялись с берега при атаке военных судов.

Позднее, в начале 50-х годов, в Австралии был создан самолет-мишень «Индвик». Он мог взлететь с управляемой от гироскопа тележки многократного применения. Пневматический привод снабжался воздухом, хранящимся под давлением около 14 000 кПа, после фильтрации и понижения давления приблизительно до 4000 кПа. Электрическая энергия для «Индвика» поступала от генератора постоянного тока с параллельным возбуждением, параллельно которому подключался работающий вхолостую 12-батарейный свинцово-кислотный аккумулятор. Оснозное энергоснабжение обеспечивалось газотурбинным двигателем. В дальнейшем было проведено много новых разработок, вплоть до создания проектов использования беспилотной авиации в бою.

Были проведены исследования проектов роботов разового применения и дистанционно управляемых манипуляторов, предназначенных для выполнения работ вне космического корабля при отсутствии челночных систем, которые могут перевозить ремонтников к спутникам, находящимся на орбите. Возможность создания дистанционно управляемых космических роботов была быстро реализована; действительно, уже «Сервейор-3», осуществивший беспилотный лунный полет, был оснащен «копателем», управляемым с Земли. Оказалось возможным собрать образцы лунной породы и уложить их с отклонением в пределах 6 мм от требуемой позиции. Однако потенциальная ценность такого дистанционного манипулирования была практически продемонстирована в январе 1968 г. «Сервейором-7», когда копатель был использован для устранения неожиданно возникшей на Луне неисправности одного из приборов.

В Аргонской национальной лаборатории обнаружили, что оператор, «сняв пиджак» и используя копирующий манипулятор, способен на то же, что и оператор, находящийся в космосе. В обоих случаях для выполнения задания требуется в три раза больше времени, чем если бы оно выполнялось непосредственно рукой человека. Дистанционные манипуляторы были предложены для любых космических применений, где есть опасность для людей либо требуется выносливость, где получается выигрыш в стоимости и массе, или просто повышается вероятность успеха. Такие. дистанционные манипуляторы были названы андроидальными телеоператорами, или, для краткости, андроидами, но хочется надеяться, что термин «андроид» не получит широкого распространения, поскольку он имеет весьма специальное и вполне определенное значение.

У космического манипулятора, предлагаемого в настоящее время, семь движений: одно для захватывания, три переносных и три угловых. У манипулятора «Сервейора» — четыре движения, каждое с шаговым управлением с Земли. Единственной формой обратной связи к оператору является неподвижное изображение, на обработку которого затрачивается около 1 мин. Управление поэтому очень замедленное. Обычно манипуляторы двустороннего действия, т. е. имеющие обратную связь к оператору, приводят к затратам приблизительно в 3—10 раз большего времени на выполнение задания, чем при работе вручную, в то время как манипуляторам одностороннего действия — без обратной связи — требуется примерно в 30—100 раз больше времени на выполнение этого же задания. Однако за обратную связь приходится расплачиваться дополнительной массой около 45 кг.

Исследования привели к предварительному проекту стандартизованного электрического космического манипулятора общего назначения для использования при полетах как с экипажем, так и без него. Обычно такой летательный аппарат должен произвести стыковку со спутником, чтобы передать груз, открыть люки, заменить электронные модули спутника и отстыковаться от него после проверки системы. От этого аппарата требуется выполнять такую работу по меньшей мере 10 раз в два года. Он должен удерживать максимальное сжатие в течение 30 с, не допуская превышения температуры в 100° С. Время задержки в передаче сигналов управления должно быть между 0,24 и 1,0 с. Исследования показывают, что такие требования выполнимы.

Конструкция, опубликованная в конце 1969 г., содержала две руки, по одной с каждой стороны телевизионной камеры. Общая масса летательного аппарата, включая топливо, составляла почти 450 кг; при этом номинальная мощность и пиковая мощность были соответственно 200 и 1000 Вт. Кроме того, на аппарате могла устанавливаться камера крупного плана на полужестком креплении. Подобные исследования приближают время, когда мы будем готовы послать в космос настоящих роботов, которые будут передавать нам информацию, но уже без непосредственного управления каждым их движением.

Наличие задержек управления делает совершенно очевидной необходимость создания именно такого полунезависимого робота, который выполняет общие команды и не требует поэлементного управления.

Роботы не нуждаются в еде, питье и способны работать в крайне неблагоприятных условиях. Вдобавок, потеря автомата лучше гибели астронавта, хотя разработка и производство киберов - занятие недешевое.

Неоспоримое преимущество роботов в космических исследованиях заключается в том, что автоматы не нуждаются в еде, питье и способны работать в крайне неблагоприятных условиях. Что еще важнее, потеря автоматического исследователя гораздо предпочтительнее гибели астронавта, хотя разработка и производство киберов - занятие недешевое.

После "золотой эры" беспилотных исследований, когда зонды из СССР и США бороздили космические просторы Солнечной системы и проводили наблюдения на поверхности Луны, Венеры и Марса, мало уже кто сомневался в том, что автоматические исследовательские аппараты ждет большое будущее. Весьма скоро, в конце декабря этого года, посадочный модуль "Гюйгенс" отделится от аппарата "Кассини", чтобы впервые прилуниться на крупнейшем в Солнечной системе планетоиде Титане. Американские марсоходы Spirit и Opportunity уже доказали, что автоматам по силам исследовательские миссии чрезвычайной сложности, но киберпомощников конструируют не только в NASA.

В научно-техническом центре в Нидерландах (ESTEC) ведется активная работа по созданию автоматических помощников астронавтов, призванных заменить дорогостоящие пилотируемые экспедиции рачительными миссиями роботов.

На Земле роботы, как правило, подменяют людей на всевозможной рутинной работе или в условиях возможного риска для здоровья человека: собирают автомобили, разминируют взрывные устройства, варят трубопроводы на морском дне и трудятся в "горячих" зонах атомных электростанций. Однако использовать автоматы в космосе еще выгоднее, считает Джанфранко Висентин, возглавляющий Отдел автоматизации и роботизации ЕКА (ESTEC). Роботы должны помогать людям или вовсе заменять астронавтов при выполнении особо опасных или сложных задач, при выполнении повторяющихся операций, отнимающих много времени работ и даже миссий, которые человек выполнить просто не может. "Киберы выполняют задания быстрее и точнее людей, и вдобавок, работают круглосуточно, не нуждаясь в перерывах на обед и сон", - подчеркивает Висентин.

Что такое косморобот?

В среде инженеров, занимающихся разработкой беспилотных космических аппаратов, едва ли не всякий автоматический зонд называют космороботом, но Висентин предпочитает более точное определение: "мобильная система, способная манипулировать объектами и достаточно универсальная, чтобы выполнять любой набор подобных заданий автономно или под дистанционным контролем".

Главным образом, задача космических роботов заключается в исполнении определенного цикла операций: установить или направить прибор для проведения измерений, собрать образцы для исследования, собрать некую конструкцию или даже обеспечить астронавта средством передвижения.

В некотором смысле космороботы мало отличаются от своих земных собратьев, подменяя человека тогда, когда требуется выполнить какую-либо работу. Тем не менее, к автоматам для работы в безвоздушном пространстве предъявляются некоторые особые требования. Они должны:

* перенести запуск
* функционировать в сложных условиях враждебной среды, зачастую на большом удалении
* весить как можно меньше, так как каждый килограмм, выведенный на орбиту, стоит дорого
* потреблять мало энергии и иметь долгий срок службы
* работать в автоматическом режиме
* обладать чрезвычайной надежностью

Для соответствия всем этим требованиям требуются передовые и инновационные технологии, а также сложные системы и механизмы. Задача кажется трудновыполнимой, по крайней мере, вовсе не тривиальной, но только так можно конструировать роботы, способные работать за переделами земной атмосферы. При этом единственным преимуществом при работе в космосе является невесомость, позволяющая даже небольшому автомату прилагать минимум усилий для передвижения даже крупных объектов в безвоздушном пространстве.

Типы роботов

Самые распространенные из автоматических аппаратов, использующихся в космических исследованиях - это роверы (луноходы, марсоходы). Такой робот может передвигаться по поверхности другой планеты, неся на борту научные приборы. Как правило, и сам ровер, и научное оборудование на нем функционируют в автоматическом режиме.

Европейское космическое агентство в сотрудничестве с некоторыми промышленными концернами разработало необычайно мелкий микроровер Nanokhod ("Наноход"). Аппарат размером с книжный том весит всего два килограмма, способен нести на борту целый килограмм приборов, исследуя территорию небольшого радиуса вокруг посадочного минимодуля.

Nanokhod создан немецкой компанией von Hoerner & Sulger в сотрудничестве с учеными из Института Макса Планка.

Более крупный робот был спроектирован для сбора образцов грунта других планет. На двенадцатикилограммовом MIRO-2 имеется автоматический бур, который способен извлечь до десяти образцов с разных глубин до двух метров. После выполнения задания этот ровер возвращается на посадочный аппарат, где собранные материалы исследуются при помощи бортовых анализаторов.

MIRO-2 сконструирован компанией Space Systems Finland при участии финского научно-исследовательского центра VTT и Хельсинскского политехнического университета.

Третий минировер, разрабатывающийся в ЕКА - пятнадцатикилограммовый Solero, все энергопотребности которого обеспечиваются солнечной батареей и миниатюрными подзаряжаемыми аккумуляторами. Данный аппарат имеет принципиально новую конструкцию шасси: шесть колес, расположенных по вершинам шестиугольника, обеспечивают ему отличную проходимость.

SOLERO - совместная разработка Швейцарского федерального политехнического института и немецкой фирмы von Hoerner & Sulger.

Уроки природы

Конструкторы роботов черпают вдохновение в творениях природы. Хорошим примером тому служит автомат Aramies/Scorpion, разработкой которого также заведует Европейское космическое агентство. Восемь ног позволяют киберу передвигаться подобно скорпиону по очень пересеченной местности и песчаным дюнам.

Aramies/Scorpion разработан в Бременском университете (Германия)

Еще одним примером воплощения в разработках идей, позаимствованных у природы, является EUROBOT. Автомат величиной с человека предназначен для помощи астронавтам в выполнении разных работ на Международной космической станции. EUROBOT сможет передвигаться по обшивке МКС, удерживаться за поручни подобно астронавту и управляться по телесигналу вышедшими в открытый космос членами экипажа.

Не обошлось без природы и при создании прыгающего робота. При размерах даже меньше сорока сантиметров такой автомат способен перепрыгивать препятствия высотой в два метра. Подобное практически неосуществимо на Земле, с ее силой тяжести, зато вполне возможно на Луне или Марсе.

SHRIMP - это ровер Швейцарского федерального политехнического института (EPFL). Он выбран в качестве шасси для SOLERО.

Висентин особо отмечает, что исследователи ЕКА концентрируют усилия на разработках именно для космоса, от которых почти не будет пользы в земных условиях. "Однако, если такое возможно, мы не против использования наших разработок на нашей планете, просто некоторые функции здесь окажутся невостребованными, - говорит глава ESTEC. - Например, для проведения исследований на Земле едва ли кому-либо пригодится робот-биолог, так как даже с применением самых передовых технологий вряд ли автомат сможет добиться результата, сравнимого с усилиями человека, ученого-биолога. По крайней мере, в наши дни. А вот на Марсе кибер не заменим".

Космос накладывает существенные ограничения на свободу мысли роботехников, и с этими ограничениями не сталкиваются разработчики земных автоматов. Слабейшего давления на орбите достаточно, для того чтобы металлические детали сплавились друг с другом, а атомарный кислород вступает в реакцию практически с любым материалом и сводит на "нет" всю охладительную пользу от конвекции для электроники.

Радиация за пределами земной атмосферы тоже отличается от нам привычной: тяжелые частицы нарушают работу электронных приборов и даже выводят их строя. Термические условия в космосе экстремальны: температура среды скачет в диапазоне от -100 до +100 градусов по Цельсию.

EXOMARS станет полевым роботом-биологом на Марсе. Его разработку одновременно ведут две конкурирующие фирмы - EADS Astrium Ltd. и MD Robotics.

То, что роботам приходится выполнять свои миссии на значительном удалении от центра управления, также влечет определенные трудности для разработчиков автоматики. Радиосигналы контроля и мониторинга преодолевают немалые расстояния, что выражается в длительных задержках во время сеансов связи с аппаратами, и это условие исключает возможность телеуправления кибером в реальном времени. Потому космороботы и создаются такими самостоятельными, способными работать без связи с Землей и справляться, по возможности, с любыми возникающими при выполнении миссии проблемами.