21.09.2016 9:41

Держкорпорація «Роскосмос» виділить майже 2,5 мільярда рублів на створення роботів для роботи у відкритому космосі. Які «механічні космонавти» потрібні за бортом космічної станції? Через які випробування проходять «кібери» перш ніж отримати допуск на орбіту? Який російський робот-геолог спроектований для Марса? Про це «РГ» розповідає начальник лабораторії космічної робототехніки Центрального науково-дослідного інституту машинобудування (ЦНДІМАШ) Олександр ГРЕБЕНЩИКОВ.

- Олександре Володимировичу, так які роботи потрібні для роботи у відкритому космосі?

- Це на перших порах роботи для операційної підтримки внекорабельной діяльності космонавтів. Тобто помічники. А потім роботи, які будуть «самостійно» виконувати обслуговування обладнання і вузлів на зовнішніх поверхнях станції. Наприклад, візуальну інспекцію, технологічні та ремонтні операції, обслуговування наукових приладів і т.д.

- Основні вимоги, які пред'являються до кіберкосмонавтам?

- Головне - забезпечити безпеку знаходяться поруч людей і самого об'єкта - станції або корабля. Тобто дії роботів не повинні привести до аварійних або позаштатних ситуацій. Друге - це ефективний функціонал робота. І третє - його висока надійність і стійкість до шкідливих факторів космосу.

- Роботи-аватари будуть найбільш універсальними машинами для складних операцій на Місяці та інших планетах. А які переваги вони відкривають?

- Два незаперечних: зниження ризиків для життя і здоров'я екіпажу при роботі у відкритому космосі, а також скорочення витрат. Можу сказати, що кожну годину роботи космонавтів за бортом обходиться, за різними оцінками, від 2 до 4 млн доларів. Цифри говорять самі за себе. Крім того, використання в майбутньому роботів для виконання рутинних операцій на жилих станціях дозволить вивільнити додатковий час екіпажу для відпочинку або вирішення інших актуальних завдань.

- Наскільки я знаю, в Росії вже розроблена перша робосістема, яка буде допомагати космонавтам у відкритому космосі? Або, точніше, прототип?

- Так, проектні розробки ведуться вже три роки. За вихідними даними ЦНИИМАШ підприємство «Андроїдна техніка» виготовило наземний прототип космічного робота-андроїда SAR-401. В кінці 2014 року в ЦПК ім. Ю.А. Гагаріна були проведені його функціональні випробування. Робот в дистанційному режимі під управлінням оператора успішно виконував типові операції: перемикав тумблери, захоплював інструменти, працював з механічними замками, електричними роз'ємами, інспектував поверхню за допомогою телекамер, підсвічували робочу зону космонавтів, опускав і піднімав забрало шолома скафандра, протирав скла ілюмінатора.

Пізніше були розроблені ескізні проекти робототехнической транспортно-маніпуляційної системи для підтримки внекорабельной діяльності, а також антропоморфного робота «Андронавт». Розроблено макетні зразки, проведено їх лабораторні випробування.

- Як виглядає російський космічний Робонавт? Через які випробування він повинен пройти перш ніж відправитися на орбіту?

- Що стосується робота SAR-401, то він нагадує людину. Але поки без ніг: переміщати його вздовж космічної станції доцільніше за допомогою транспортного маніпулятора. Його «руки» і «пальці» мають такі ж розміри і ступеня рухливості, як у людини, а управління здійснюється за допомогою екзоскелета, що надівається на оператора. Робот в точності повторює всі рухи оператора, який дистанційно контролює роботу з допомогою шолома віртуальної реальності в стереозображення. Воно транслюється телекамерами, розміщеними всередині «голови» робота.

Перш ніж вирушити на орбіту робот повинен пройти цілий ряд серйозних випробувань: термовакуумной, на вибропрочность і радіаційну стійкість, електромагнітну сумісність і багато інших.

- Єдність форми і змісту тут важливі? В якому напрямку рухається конструкторська думка?

- Що стосується андроидного робота, то без сумніву. Конструктивно він повинен бути повністю кинематически подібний до людини. Тільки тоді він зможе виконувати «тонкі» операції, властиві моториці рук і пальців людини. Крім того, людиноподібний вигляд робота більше підходить і для виконання функції психологічної підтримки космонавтів.

- Космічні роботи-павуки, роботи-змії, роботи-мавпи і т.д. - це політ фантазії конструкторів? Або такі форми обумовлені необхідністю?

- У ряді випадків такі форми обумовлені необхідністю. Наприклад, для лазіння по крутих і сипучим схилах кратерів більше підходять павукоподібні роботи. Вони більш стійкі і можуть вийти з допомогою ніг-маніпуляторів навіть з перевернутого положення. А ось для руху всередині вузьких лабіринтів або труб - змієподібні.

- Які матеріали розробляються для захисту роботів від радіації, мікрочастинок і мікрометеоритів?

- Електронну «начинку» робота від мікрочастинок захищає його корпус. Він виготовляється з традиційних космічних матеріалів: алюмінієвих сплавів, титану, композитів. У складі мехатронних і електронних систем робота будуть використовуватися радіаційно-стійкі компоненти і електрорадіоізделія, а також застосовуватися методи резервування критичних вузлів і систем.

- Багато вчених стверджують: в космосі повинні працювати тільки автомати, зовсім нема чого ризикувати людиною. Але ось один з космонавтів якось розповів: «При виході у відкритий космос було потрібно щось замінити. ЦУП каже: «Візьми ключ на 14». Я взяв, а коли підійшов до системи, зрозумів: ключ інший повинен бути. Робот виконав би моє завдання з ключем на 14? Ні. А я виконав ». Виходить, роботи можуть не всі?

- Дійсно, поки не можуть бути створені роботи з розвиненим штучним інтелектом, повністю замінюють людини у всіх ситуаціях в космосі. Та й не тільки там. Проте у багатьох випадках роботам в космосі немає альтернативи. Це стосується виконання таких небезпечних і трудомістких робіт, як, наприклад, обслуговування в найближчому майбутньому космічних ядерних енергоустановок, виконання будівельно-монтажних робіт зі створення місячних і напланетних баз, дослідження астероїдів і віддалених планет. Але при цьому роботи будуть управлятися або контролюватися людиною. Тому зараз ведуться активні роботи в напрямку вдосконалення інтерфейсів «робот-людина», а також адаптивного автономного поведінки роботів, групової взаємодії роботів між собою.

- Яке космічне майбутнє чекає роботів-аватарів? Важко ними управляти?

- Роботи-аватари, тобто людиноподібні роботи (андроїди), керовані людиною і копіюють його руху, будуть в перспективі найбільш універсальними машинами для виконання складних операцій на космічних об'єктах в навколоземному космосі, на Місяці та інших планетах. Методи управління андроидами зараз активно розвиваються. І управління андроидами, звичайно ж, вимагає певної підготовки.

- Чому вчені говорять, що аватари зможуть працювати тільки поблизу Землі. Наприклад, на Місяці або космічних станціях? Через затримку в сигналі?

- Це загальна проблема віддаленого телеоператорного управління. При затримці сигналів зворотного зв'язку більше двох секунд може статися неузгодженість в діях людини-оператора і робота. А це зрив завдання. Поблизу Землі (за умови прямої радиовидимости) затримки сигналів управління відносно невеликі - менше 0,2 секунди.

Що стосується Місяця, тому там сумарна затримка (туди і назад) складає вже більше 2,5 секунди. Це викликало, наприклад, труднощі в управлінні радянським місяцеходом. Тому аватарами на Місяці краще керувати за навколомісячної орбітальної станції або з гермовідсіків місячної бази. А також використовувати методи супервизорного управління з елементами штучного інтелекту, включаючи розпізнавання образів, автономну навігацію і прийняття рішень.

- Що зараз з російськими роботами SAR-401 і «Андронавт»? Коли вони можуть відправитися на роботу в космос?

- На базі SAR-401 в рамках космічного експерименту «Теледроід» буде виготовлений льотний зразок, який в 2020 році доставлять на МКС. На новому науково-енергетичному модулі російського сегмента він під управлінням космонавта буде виконувати операції внекорабельной діяльності. Що стосується «Андронавта», то ця система, швидше за все, буде розвиватися як засіб психологічної та інформаційної підтримки космонавта всередині орбітальної станції. На зразок японського гуманоїдного робота Kirobo.

- А які роботи зараз знаходяться на МКС?

- На зовнішній поверхні МКС - космічний маніпулятор Canadarm2 з «насадкою» Dextre, японський маніпулятор JEMRMS для обслуговування негерметичной платформи EF модуля «Кібо», два російських механічних вантажних маніпулятора «Стріла». Усередині МКС знаходяться американський робот-андроїд Robonaut R2 і японський «робот-лялька» Kirobo.

- Американці пророкують велике майбутнє павукоподібних роботам SpiderFab, які займуться будівництвом космічних будинків. Що це за система?

- SpiderFab буде використовуватися для побудови космічних споруд. Тут дві основні технології. Перш за все пристрій під назвою Trusselator, яке зараз успішно проходить випробування в лабораторії: це своєрідний синтез 3D-принтера і в'язальної машини. На одній стороні циліндричного корпусу розташована котушка з ниткою (як сировина пристрій використовує вуглеволокно), а на іншому знаходиться екструдер, через який видавлюються три основні труби майбутньої ферми. Ферма посилюється шляхом обмотки ниткою. В результаті пристрій довжиною близько метра може створити ферму довжиною в десятки метрів.

Далі пристрій під назвою робот-Trusselator за допомогою маніпулятора і спеціального зварювального апарату зможе з'єднувати вихідні ферми в великі складні конструкції і покривати їх сонячними панелями, світловідбиваючої плівкою і виконувати інші операції в залежності від цілей місії.

Взагалі технологія SpiderFab дозволить перейти до виготовлення комічних конструкцій довжиною в кілометри! В даний час конструкції, які відправляються в космос, мають величезний надлишковий запас міцності для того, щоб витримати перевантаження при старті. Зазвичай в космосі такі надміцні конструкції не потрібні, зате потрібен дуже великий розмір, наприклад для телескопів-інтерферометрів. Апарати SpiderFab дозволять будувати саме такі конструкції: легкі, великогабаритні та з низькою вартістю життєвого циклу.

Треба сказати, що ідея створення в космосі великогабаритних ферм великої довжини опрацьовувалася радянськими вченими ще в кінці 80-х років минулого століття. Для цього в ЦНДІМАШ передбачалося використовувати фермосборочний агрегат на базі космічного апарату з двома програмними маніпуляторами, який збирав би в програмному режимі ферму з типових вуглепластикових стрижнів, стикуючи їх до вузловим елементам. Стрижні і елементи діставалися з касетного сховища на борту апарату. Кожен стрижень забезпечений з обох кінців спеціально розробленими магнітомеханічне самозатягувальне безлюфтовимі замками. Тими ж маніпуляторами після складання кожної секції вся ферма по роликових напрямних зарухалася тому, всередину порожнього фермосборочного агрегату, звільняючи простір для нарощування наступної секції ферми.

Було виготовлено магнітомеханічне замки, стрижневі елементи, вузли, і відпрацьовані на масштабних макетах процеси роботизованою збірки секцій ферми за допомогою радянських промислових роботів РМ-01. Як бачимо, технологія SpiderFab - це фактично відродження відомої ідеї на новому технологічному рівні з використанням 3D-друку.

- А що за космічну роботизовану рукавичку розробили американці? У нас щось подібне є?

- Рукавичка RoboGlove призначалася для збільшення сили захоплення людини в космосі. При її створенні використовувалися технології, що застосовуються в розробці людиноподібного робота Robonaut. НАСА заявляло, що при використанні такої рукавички можна знизити навантаження на м'язи людини більш ніж в два рази. У Росії подібні рукавички окремо не розроблялися, а в проведених дослідженнях увага приділялася силовому екзоскелет.

- Нещодавно бачила відео: майбутній прибиральник космічного сміття, що розробляється ЕКА, вчиться ловити дрони. Цікаво. А що пропонують для вирішення цієї проблеми російські робототехніки?

- У Росії зараз проводяться науково-дослідні роботи, присвячені проблемам обслуговування космічних об'єктів, включаючи проблему утилізації космічного сміття. Ведуться проектно-пошукові дослідження, в тому числі по розробці космічних апаратів з маніпуляторами для захоплення відпрацьованих супутників, їх фрагментів, і подальшого відведення їх на спеціальну так звану орбіту поховання або в атмосферу Землі, де вони будуть згоряти при падінні.

- Робот по ремонту супутників - це фантастика чи реальність?

- Сьогодні це вже не фантастика, але поки що і не реальність. І за кордоном, і у нас йдуть науково-дослідні роботи, спрямовані на вирішення цієї актуальної проблеми. Ремонт в космосі дорогих супутників дозволить збільшити термін їх активного існування, скоротивши тим самим витрати на підтримання необхідного складу супутникових угруповань. Але для цього треба змінювати ідеологію створення самих супутників і космічних апаратів, робити

їх ремонтопридатності хоча б на рівні заміни типових уніфікованих елементів і блоків. І це завдання має вирішуватися конструкторами нових перспективних супутників і космічних апаратів.

- Чи є в планах російських конструкторів розробка нових роверів для Марса? Скажімо, американці тут роблять ставку на «Валькірії», які, як стверджується, за своїми можливостями набагато більш просунуті, ніж «К'юріосіті». А що у нас?

- У Росії розроблений проектний вигляд універсальної самохідної платформи «Робот-геолог». Вона буде оснащена маніпулятором, каротажного-буровою установкою і всім комплексом наукових приладів, які необхідні для проведення геологічних і геофізичних досліджень на поверхні Місяця і Марса. Включаючи сейморазведку за допомогою серії вибухів, паркан і доставку стратифікована колонок грунту з глибини до 3 м на маршруті довжиною до 400 км і ін. Розробка дозволяє впритул перейти до дослідно-конструкторських робіт зі створення такого ровера, за своїм функціоналом не поступається «К'юріосіті».

Візитна картка

ГРЕБЕНЩИКОВ Олександр Володимирович, народився в 1958 році. Освіта вища, в 1981 році закінчив радіотехнічний факультет Московського енергетичного інституту. Космічної робототехнікою професійно займається з 1986 року, працюючи в головному науковому інституті Роскосмос ФГУП ЦНДІМАШ. Начальник лабораторії космічної робототехніки ФГУП ЦНДІМАШ, експерт Експертної ради Національного центру розвитку технологій і базових елементів робототехніки Фонду перспективних досліджень Російської Федерації.

Текст: Наталія Ячменникова

Російська газета - Федеральний випуск №7080 (212)

https://rg.ru/2016/09/20/roskosmos-vydelit-25-mlrd-rublej-na-sozdanie-robotov-dlia-mks.html