Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Роботы в космосе

АрхивНаука
автор : Андрей Тобольский   01.12.2004

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 Европейского космического агентства 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.

Ваше мнение:

Что уже можно и нужно доверить роботам в космосе, и что невозможно будет доверить никогда?

Читайте также:

Марсианский газопрыг. Инструментарий спутников скуден, а марсоходы ограничены в мобильности, поэтому в NASA заинтересовались проектом аппарата, способного прыгать по поверхности Марса.

Компьютерная начинка марсохода. Когда в шестидесятые годы советский "Луноход" работал на Луне, им управляли с Земли по радио. Бортовой ЭВМ у него не было, тогда это было невозможно. Американский марсоход Spirit, в начале января высадившийся на Марс - детище иных времен. Теперь без компьютеров никуда, и марсианский ровер под завязку напичкан электроникой.

Марсианская эпопея Spirit и Opportunity. Который месяц на Красной Планете изо дня в день трудятся два американских марсохода Spirit и Opportunity. Экспедиция двух американских марсоходов еще не завершена, но уже может называться самым крупным за последнее время успехом в исследовании других планет.

© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2021
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.