Космические роботы: что они умеют, и что думают о них сами космонавты?

Новая дата в истории космонавтики

25 июня 2024 года — исторический день для всей мировой космонавтики. Капсула с грунтом, впервые взятым с обратной стороны Луны, приземлилась в автономном районе Китая Внутренняя Монголия.

До того, 1 июня посадочный модуль лунного зонда «Чанъэ-6», при поддержке спутника-ретранслятора «Цюэцяо-2», успешно сел на обратной стороне Луны в кратере Аполлон бассейна Южный полюс.

С помощью уникальной роборуки длиной 3,7 метра, ученые смогли собрать не только мелкий лунный грунт, но и относительно крупные камни. Пробы также собирались с помощью бурения. После трех дней работы китайский зонд взлетел с обратной стороны Луны и успешно завершил стыковку с орбитальным модулем. На нем грунт и отправился на Землю для дальнейшего детального изучения.

И уже есть первые результаты.

Роботы в космосе давно стали незаменимы. Они сопровождают космонавтов, работают на орбитальных станциях, оживляют спутники, исследуют планеты и рассматривают самые удаленные уголки Вселенной. И это только начало. В будущем ведущую роль в космосе будут играть антропоморфные роботы.

Андроиды на МКС

Роботы начали участвовать в освоении космоса раньше человека. В далеком 1959-м, за два года до легендарного полета Юрия Гагарина, межпланетная станция «Луна-1» стала первым автоматическим аппаратом и первым искусственным спутником Солнца. Правда, тогда она пролетела мимо Луны и до сих пор летает между Землей и Марсом.

В том же году советские инженеры запустили к Луне еще два аппарата — станция «Луна-2» разбилась о поверхность Луны, а «Луна-3» успешно достигла цели, обогнула Луну, впервые в истории сумела сфотографировать обратную сторону нашего спутника и передать значительную часть материала на Землю.

С тех пор в космос были запущены сотни автоматических аппаратов. Самые знаменитые из них — американские зонды «братья» «Вояджеры», которые давно уже вышли за пределы Солнечной системы, советский луноход и китайский ровер «Юйту», американские марсоходы Perseverance и Curiosity, а также целый ряд современных спутников и космических телескопов. По сути — это чистейшей воды роботы, но человеческое сознание представляет себе роботов, как нечто антропоморфное, внешне похожее на человека.

— Робототехнику можно разделить на индустриальную и неиндустриальную робототехнику, к последней и относятся антропоморфные роботы, главное предназначение которых — облегчать жизнь человеку и делать ее комфортнее. Естественно, такие функциональные роботы будут помогать человеку в будущем и будут похожи на людей, — технический директор «НПО «Андроидная техника» Евгений Дудоров.

Так что же за андроиды?

Робонавт

Так как орбитальные станции спроектированы для жизни и работы людей, в НАСА и Роскосмосе задумались о создании антропоморфных космороботов. Так, в рамках американской программы «Робонавт» было создано сразу несколько моделей андроидов.

Один из них в 2011 отправился на МКС, где совершал типовые операции по обслуживанию станции и занимался простейшими исследовательскими задачами. Андроид даже завел себе блог в соцсетях. Но примерно раз в месяц астронавты его настраивали.

Он неплохо справлялся, пока в 2014 году НАСА не решили его модернизировать, добавив пару длинных гибких ног с захватами для перемещения по корпусу станции. Тут что-то пошло не так, робот перестал работать и его вернули на землю.

Русский андроид Федор

Следующим андроидом на МКС стал россиянин — человекоподобный робот Федор, у которого были руки, ноги и голова. Что интересно, русское имя Федор получилось из чуть видоизмененной англоязычной аббревиатуры «the Final Experimental DemOnstration Research facility, что в переводе звучит как «итоговый экспериментальный демонстрационный исследовательский объект».

Рост Федора — 180 сантиметров, вес — 160 килограммов, и бОльшая его часть приходится на стальные мускулы, так как Федору изначально прочили карьеру в МЧС. Использовать собирались для спасения людей из-под тяжелых завалов. Поэтому у российского андроида отлично развита моторика рук — он способен накладывать шины на переломы и делать инъекции пациентам.

— Это и работа с различным ручным инструментом, самостоятельная посадка, высадка и управление автомобилем, преодоление препятствий, прямо хождение, преодоление ползком тоннелей и подъем на высоту. Все он уже давно умеет, это порядка 60 задач, — Евгений Дудоров.

Вскоре и без того ловкого, мощного и многофункционального Федора модернизировали для работы на МКС. На корабле «Союз» его запитали от штатных аккумуляторов скафандра «Орлан» и сейчас наши космонавты успешно используют его для выходов в открытый космос.

В 2019 году космонавты Алексей Овчинин и Александр Скворцов осуществили транспортизацию андроида на МКС, где Федор успешно стыковал электроразъемы, работал отверткой, проявил навыки обращения с дрелью и успешно поработал в паре с человеком. Причем, конструкторы говорят, что все это — лишь 3 % от потенциала робота.

Это значит, что в скором времени андроиды смогут заменить человека на орбитальных станциях. Правда, нравится такая перспектива не всем.

— Космонавты разбились на два лагеря. Одни не хотят видеть никакой робототехники на МКС, а другие ему рады и готовы работать вместе. Конечно, в полной мере робот не может заменить космонавтов пилотируемой космонавтики. А вот решать типовые задачи — в состоянии. И таких задач большинство. Например, внекорабельное обслуживании станции. Выпускать в открытый космос человека очень дорого. Для каждого космонавта строят индивидуальный скафандр, которые сам по себе стоит как несколько люксовых автомобилей. Плюс скафандры еще нужно доставить на станцию, — главный конструктор по экстремальной робототехнике и автоматизации ЦНИИ РТК Игорь Даляев.

Теледроид

Каждый час работы космонавтов в открытом космосе стоит, по разным данным, 2-4 миллиона долларов.

Не говоря уже о риске, которому подвергаются люди. В идеале этим могли бы заниматься роботы-аватары, а космонавты управляли бы ими дистанционно, находясь на МКС или в ЦУП на Земле.

Поэтому сейчас для работ в открытом космосе уже разрабатывают новую версию российского робота. Его зовут «Теледроид», и это, по сути, торс человека. Мешающих в невесомости ног у него нет, зато он обладает искусственным интеллектом. Функционировать он будет, в основном, в режиме аватара, копируя движения оператора.

Аполло

Еще одна разработка сделана под патронажем НАСА. Это дружелюбный робот-гуманоид «Аполло». Создавался он для работы на складах и производствах вместе с людьми. Он имеет лицо и может поворачивать голову, чтобы указать направление движения, что в перспективе позволяет сделать его компаньоном астронавтов на орбитальной станции. Робот также может быть использован в космических миссиях на Луну или Марс, для выполнения опасных и сложных задач.

— Я не делал бы всеобъемлющую ставку именно на антропоморфных роботах. В первую очередь, роботы в космосе, должны решать конкретные задачи. И от того, как они будут выглядеть, будут похожи на человека, не будут ли они обладать руками — это все зависит от задач, которые они будут решать. Поэтому здесь антропоморфность — не самое главное. Часто просто нет смысла тратить сумасшедшие деньги на дорогой аппарат, функции которого выполнит и простой дешевый манипулятор, — советник директора, главного конструктора института робототехники и технической кибернетики Александр Железняков.

Как будут строить Российскую орбитальную станцию

Разрабатывался этот сильный и чувствительный робот для работы на МКС, но эта станция безнадежно устарела, космонавтам приходится тратить на устранение неисправностей больше времени, чем на научную работу. Поэтому в России приняли решение покинуть проект Международной космической станции, которая после 2030 года будет затоплена в Тихом океане. Для утилизации МКС SpaceX построит спускаемый аппарат. Он будет супермощным, обещают НАСА и Илон Маск.

Есть надежда, что к тому времени наши космонавты уже начнут летать на новую российскую околоземную станцию под названием «РОС». Ее первые элементы уже создаются.

— Главная организация «Роскосмоса» по пилотируемой программе — РКК «Энергия», планирует создавать новую станцию в два этапа. Выведение первого научно-энергетического модуля станции «РОС» на низкую орбиту, начнется в 2028 году. Далее его оснастят блоком гиродинов — высокоточных устройств для стабилизации и ориентации в космическом пространстве. Это даст возможность использовать НЭМ в качестве основного модуля в течение нескольких лет, — популяризатор космонавтики Александр Хохлов.

Далее на ракете «Ангара» запустят в одной связке Узловой и Шлюзовой модули. После стыковки модулей, на корабле «Союз» к станции отправят первый экипаж. Космонавты расконсервируют РОС и произведут настройку оборудования. Затем к станции прилетит Базовый модуль с солнечными батареями мощностью 55 киловатт. Первый этап планируют закончить в 2030 году. РОС достигнет массы около 55 тонн и герметичного объема 217 м³. Это примерно в четыре раза меньше, чем у современной МКС.

Отличаться от Международной космической станции РОС будет и наклонением орбиты. Она будет проходить практически над Северным полюсом.

Еще одна из самых интересных новаций — внешняя подвесная платформа для обслуживания, ремонта и даже дозаправки спутников. И, конечно, свое место займут 17-метровый роботизированный манипулятор и косморобот «Теледроид».

Какие роботы появятся на новой Российской орбитальной станции

Уже сейчас для РОС работает большой 17-метровый манипулятор, необходимый для разгрузки и загрузки кораблей в открытом космосе, помощи при стыковке и наружных работах. Он весит всего 150 килограммов, но может вынимать из грузового отсека «Бурана» грузы до 30 тонн и размещать их на орбите, а если требуется — возвращать многотонные грузы из космоса.

Работает в космосе и современный канадский манипулятор Dextre — выглядит он как безголовое туловище с двумя трехметровыми руками, оснащенными гибкими суставами и цепкими захватами.

Существенное отличие российского манипулятора в том, что он умеет еще и шагать по такелажным элементам и поручням, а также самостоятельно выполняет техническое обслуживание и даже мелкомоторные манипуляции, такие как завинчивание внешних болтов, что человеку в перчатках скафандра сделать проблематично.

Мало того, робот всегда носит с собой весь необходимый инструмент и надежно защищен от радиации и микрометеоритов. Поэтому, в отличие от человека, он может работать в открытом космосе 365 дней в году, круглосуточно, прерываясь только на подзарядку от бортовой сети орбитальной станции.

Еще одной особенностью умной машины является наличие силомоментных датчиков. Робот как бы чувствует, что он делает и рассчитывает силу с точностью до 100 граммов условного усилия.

Генеральная уборка космического масштаба

Срок работы современных спутников сильно ограничен, когда горючее заканчивается, аппарат становится космическим мусором. Учитывая стоимость каждого аппарата — это еще и в буквальном смысле деньги на ветер. Так было раньше.

Теперь же специальные роботизированные сервисные станции будут собирать отработавшие топливо станции, заправлять и возвращать их на нужную владельцу орбиту. Просто фантастика наяву. Только за один запуск такая сервисная станция способна спасти от гибели целых шесть спутников, а космос от мусора, которого становится с каждым годом все больше и больше.

Также японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) весной 2024 года вывело на орбиту и начало тестирование аппарата, который предназначен для поиска и оценки обломков кораблей и отработавших спутников.

Напланетные роботы

Отдельная история — напланетные роботы, то есть марсоходы, луноходы и вообще планетоходы, которые по мнению ученых будут востребованы в самое ближайшее время.

— Массовый запуск станции к другим планетам не за горами. Уже скоро мы научимся организовывать строительства из лунного реголита, который постоянно на луне есть, делать безопасные станции и места, где можно базироваться людям. И это будет большой прорыв, — ректор МГТУ им. Г.И. Носова, доктор технических наук Михаил Чукин,

Одно из благоприятных для работы роботов мест…Титан. Посудите сами: сила тяжести в семь раз меньше, чем на Земле.

Благодаря пробам лунного грунта, которые получили китайские ученые, интерес к реголиту снова возрос. И сейчас этот материал рассматривается в качестве строительного материала с помощью технологий 3D-печати. Когда возведение жилых строений будет закончено, космонавтам останется только разместить в них оборудование для циркуляции воды и воздуха, и заселяться. Но работать люди на других планетах будут только там, где их не смогут заменить роботы. Так экипаж сможет сосредоточиться на выполнении научных работ, а не на рутине.

Пока все упирается в средства доставки, оборудования и необходимых ресурсов для жизнеобеспечения пребывания человека в космосе, вопросы энергетики и проходимости техники. Нужны сверхтяжелые носители. Сейчас такие есть только у одной страны мира — США. Из действующих это Starship, которая способна выводить 95 тонн груза на опорную орбиту. Но вероятно, основную ставку в лунной программе НАСА сделают на проект Starship в лунной модификации Starship HLS. Возможно, уже через несколько лет детище компании Илона Маска выйдет на околоземную орбиту, дозаправится прямо в космосе и полетит к Луне, где состыкуется с космическим кораблем «Орион», с которого астронавты перейдут на борт спускаемого аппарата и затем высадятся на южный полюс Луны. Так в НАСА видят третий этап лунной миссии «Артемида». Параллельно будет создаваться лунная инфраструктура.

Планируется, что первая база с экипажем появится на нашем спутнике уже к 2030 году. Место для нее уже выбрано — окрестности кратера Шеклтона, где есть залежи льда, из которых в перспективе можно добыть воду. Планировалось, что их будет искать луноход Viper, а помогать ему и ученым будут исследовательские роботы-помощники. Впрочем, летом 2024 года НАСА отменило запуск лунохода VIPER, что будет с миссией теперь — рассказали здесь.

От Луны до Марса, и дальше — на Титан

В отличие от НАСА, совместную дорожную карту «Роскосмос» и Китайское национальное космическое управление представили еще летом 2021 года на форуме «ГЛЭКС», но дальнейшие разработки афишировать не стали. Космическим державам Луна интересна не только сама по себе. Человечество рассматривает ее как полигон для отработки технологий, которые позволят изучить и освоить Марс.

И первый марсоход на Красной планете уже трудится. Одна из его задач — с помощью специальной технологии MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment) отделять атомы кислорода от молекул углекислого газа. Пока удалось добыть всего пять граммов кислорода, которого хватило бы астронавту всего на 10 минут дыхания, но это только начало.

Марсианская атмосфера сильно разрежена, примерно, как у нас на высоте 30 километров, куда самолеты не летают. Но у Марса есть одно облегчающее обстоятельство — малая сила тяжести, а значит — взлететь легче. На Красной планете много пещер, что чрезвычайно важно для колонизации планеты. Обустроить марсианские поселения возможно в крупных пещерах, каменные своды которых станут надежной защитой от губительной космической радиации.

Пока долгосрочная программа не разработана, но не исключено, что истинное покорение космоса не за горами. Подробнее о том, какова цена «билета» на Марс, и почему это не просто космическая одиссея — в статье «Науки».

А за ней — и изучение Титана, атмосфера которого, хоть и плотнее, чем на Земле, но она есть, а значит, и жизнь на Титане вполне возможна. Правда, температура там -180 ℃, и вместо воды в озерах сжиженный природный газ — метан, этан, пропан, бутан. Исследования Титана уже ведутся, а то, что казалось научной фантастикой, обретает формы реального исследования.

Материал по фильму «Космические роботы» из цикла «Научные сенсации»

Будущее космических путешествий — генетически усовершенствованные люди, считают ученые

Провинция Луна: о причинах нового интереса к космическим миссиям на спутник

Изучение гравитации показало загадочные структуры под поверхностью Марса

На Луне обнаружен чудо-материал графен