Исследование космического пространства Солнечной системы и отдалённых галактик в самых удалённых уголках Вселенной имеет важное значение для науки и для ответа на многие фундаментальные научные вопросы, включая формирование Вселенной, происхождение Земли, эволюцию жизни и существование жизни за пределами Земли. Космическая робототехника играет важнейшую роль в текущих и будущих космических полётах, позволяет создавать машины, которые способны выживать в космической среде и выполнять задачи исследования, сборки, строительства, технического или сервисного обслуживания.
Современная космическая робототехника представляет собой развивающуюся дисциплинарную область, которая основана на космической технике, наземной робототехнике и информатике и способствует их развитию, а также на смежных специальностях, таких как материалы и механизмы.
Преимущества робототехники.
- Робототехника расширяет возможности человечества в области исследований и эксплуатации, обеспечивая доступ за пределы человеческих ограничений в суровых космических условиях и поддерживая операции, расширяющие навыки астронавтов.
- Автономные системы способны снизить когнитивную нагрузку на человека, учитывая обилие информации, которая должна быть своевременно обоснована и иметь решающее значение для повышения безопасности человека и системы.
- Робототехника может также обеспечивать развертывание и эксплуатацию нескольких объектов без увеличения объёма наземной поддержки в заданном порядке. С учётом потенциального сокращения расходов и риска космических полётов как экипажи, так и роботы, космическая робототехника и автономные системы считаются актуальными на всех этапах миссии, таких как разработка, создание, запуск и эксплуатация лётных систем.
Виды космических роботов.
Космическая робототехника охватывает все виды роботов для исследования поверхности планеты, а также те, которые используются на орбите вокруг тел, и датчики, необходимые платформе для навигации или управления.
- Орбитальные роботы могут использоваться для ремонта спутников, сборки крупных космических телескопов, захвата и возвращения астероидов, развёртывания средств для научных исследований и т.д.
- Планетарные роботы играют ключевую роль в съёмке, наблюдении, извлечении и тщательном исследовании внеземных поверхностей (включая природные явления, состав местности и ресурсы); создании инфраструктуры на поверхности планеты для последующего прибытия людей; добыче планетарных ресурсов и др.
Для того чтобы космический корабль можно было классифицировать в качестве космического робота, часто считается необходимым наличие двух атрибутов, а именно:
- локомотив;
- автономия.
В зависимости от области применения (орбитальной или планетарной), космический робот может передвигаться (или перемещаться) для манипулирования, захвата, вращения, сверления и/или взятия проб. Аналогичным образом, в зависимости от характера миссии и расстояния до Земли ожидается, что робот будет обладать разной степенью автономности, от телеопераций человека до автономной работы самих роботов.
В зависимости от уровня автономии космический робот может выступать в качестве
- агента (или доверенного лица человека) в космосе для выполнения различных задач с использованием теле операций вплоть до полуавтономных операций;
- помощника, который может помочь космонавтам выполнять задачи быстро и безопасно, с качеством и экономической эффективностью, используя полуавтономные или автономные операции;
- исследователя, способного изучать неизвестные территории в космосе, используя автономные операции.
Технические требования и проблемы.
В настоящее время желание исследовать космос остаётся как никогда сильным. К космическим державам в прошлом постепенно присоединялся шквал новых стран, стремящихся испытать и продемонстрировать свои технологии и внести свой вклад в накопление все большего объёма знаний. Коммерческие проекты также ориентированы на космос и активно продвигают Луну и Марс в качестве возможных направлений для долгосрочного человеческого присутствия или проживания. Будь то будущие исследовательские полёты экипажами или роботами, космические роботы используются для доставки роботов-аватаров и выполнения задач на месте для передачи, оказания помощи или исследования через их "глаза", "уши", "нос" и "руки".
В частности, технические цели робототехники заключаются:
- в расширении охвата людей или доступа в космос,
- расширении знаний по управлению имуществом и ресурсами,
- подготовке условий для прибытия людей,
- поддержке человеческих экипажей в их космических операциях и оставшихся после них средствах,
- повышении эффективности операций и миссий во всех областях.
Достижению этих целей будут способствовать достижения в области роботизированного зондирования и восприятия, мобильности и манипулирования, сближения и стыковки, автономных преимуществ на борту и на земле, а также интеграции роботов-людей.
Дорожная карта НАСА по технологиям определила несколько областей робототехники, необходимых к 2035 году. Аналогичным образом, ЕКА разрабатывает технологические дорожные карты в области космической робототехники в рамках различных финансируемых Европейской комиссией проектов, таких как PERASPERA и SpacePlan2020 . Другие космические державы, такие как Россия, Китай, Индия и Япония, также объявили о планах будущих полётов с использованием космической робототехники. Помимо различий в графике полётов различных участников космической деятельности, существуют многочисленные технические потребности или проблемы в области робототехники, которые признаются международным космическим сообществом.
Робототехника продемонстрировала новые ресурсы доступа людей в космос для расширения своего охвата. Прошлые роботизированные миссии позволили создать уникальную науку, расширив знания в спектре научных дисциплин. В будущем робототехнические миссии будут продолжать фундаментально изменять методы исследования космоса, что позволит проводить исследования чаще, с меньшими затратами и в сложных условиях. Эти миссии будут способствовать продолжению роботизированных исследований за пределами Земли и играть ключевую роль в дальнейшем исследовании Земли человеком.
