Международная космическая станция (МКС) — это не только главный постоянно действующий космический аванпост человечества, но и место, где воплощаются наиболее смелые идеи и технологии. Одной из таких идей стала отправка роботов на станцию. На сегодняшний день еще рано прогнозировать использование в качестве экипажа исключительно роботов, однако можно понять мотивацию космических агентств, которые активно отрабатывают эту технологию.
Говоря на эту тему, необходимо понять, что космос — весьма враждебная среда для человека. Экстремальное воздействие вакуума, радиации, температурные колебания — все это создает ряд рисков для человеческой жизни. Любая авария или неисправность оборудования создает серьезную опасность для жизни космонавтов. Роботы, в свою очередь, могли бы работать в этой среде самостоятельно, минимизируя потенциальную угрозу для астронавтов. Кроме того, в отличие от человека, роботы не нуждаются в кислороде, пище или отдыхе. Это позволяет им работать непрерывно, обеспечивая постоянный мониторинг ситуации или исполнение других важных задач. Точность и последовательность работы роботов делает их незаменимыми при проведении сложных научных экспериментов, где важна предсказуемость и отсутствие ошибок.
Однако роботы не лишены своих недостатков. Их действия, как правило, ограничены заранее заданным набором инструкций, и при возникновении неожиданных проблем или ситуаций они могут испытывать трудности. Технические проблемы и неисправности также являются неотъемлемой частью эксплуатации машин. К тому же, даже самые автономные роботы время от времени требуют технического обслуживания, которое на МКС должны осуществлять астронавты.
Исходя из этих вводных, отправка роботов на МКС представляется как стратегически обоснованный шаг, направленный на оптимизацию работы станции, увеличение безопасности и расширение возможностей и функционала при решении поставленных задач.
Разнообразие роботов на МКС.
За всю историю МКС, там побывали и работали разные виды роботов, и каждый из них создан для определенного набора задач. Их можно условно разделить на три категории: андроиды, внешние роботы-манипуляторы и роботы-компаньоны.
- Андроиды напоминают человека своей формой и функциональностью. Они разработаны таким образом, чтобы имитировать движения и действия человека, что предполагает перспективу замены человека в условиях космической станции. Этот дизайн позволяет андроидам использовать инструменты, созданные для человеческих рук, и использовать рабочую среду подобно обычному космонавту.
- Внешние роботы-манипуляторы — это мощные механические руки, которые установлены снаружи МКС. Они играют ключевую роль в обслуживании станции, особенно когда дело доходит до ремонта или модернизации внешних модулей. Такие роботы способны перемещать грузы, устанавливать оборудование и даже проводить некоторые научные эксперименты в открытом космосе.
- Роботы-компаньоны созданы, чтобы поддерживать эмоциональное состояние экипажа на борту станции. Пребывание в космосе — это непростое испытание для психики, и такие роботы могут помочь астронавтам справляться с одиночеством или стрессом. Они могут вести диалоги, развлекать, а также выполнять ряд других функций, создавая атмосферу комфорта на станции.
Эти три категории роботов вместе обеспечивают эффективное функционирование МКС. Они дополняют работу людей, обеспечивая безопасность и оптимизацию ряда процессов. В то время как андроиды и манипуляторы фокусируются на физических задачах, роботы-компаньоны помогают поддерживать психологическое благополучие команды — все это делает МКС местом, где человек и машина работают бок о бок ради достижения общих целей.
Андроиды.
Роботы-андроиды представляют собой одно из самых интересных и инновационных направлений в космической робототехнике. Их главная особенность — антропоморфная форма, благодаря которой они могут заменить человека в выполнении различных задач на космической станции. Всего на МКС побывало 2 таких робота:
Robonaut-2 — был результатом сотрудничества между NASA и General Motors, разработанный в нулевых. Этот робот был создан с целью демонстрации, что машина может выполнять те же операции, что и человек, и работать в тесной кооперации с ним. В 2011 году Robonaut был доставлен на МКС на борту шаттла Discovery в рамках миссии STS-133. Через какое то время он был активирован, и астронавты под руководством инженеров из центра управления начали его тестирование.
На станции робонавт выполнял различные операции, начиная от простых, таких как взятие и перемещение предметов, до более сложных задач, таких как управление инструментами и выполнение научных экспериментов. Однако после нескольких лет эксплуатации у андроида начались технические проблемы. В частности, возникли неисправности с системами электропитания, что вызвало необходимость остановки его эксплуатации. Насколько известно из открытых источников, робонавт до сих пор хранится на МКС в законсервированном состоянии.
FEDOR (Skybot F-850) — российский робот, созданный в рамках сотрудничества между Роскосмосом и рядом частных компаний. Он был доставлен на МКС в 2019 году на борту корабля "Союз МС-14". На станции Fedor провел около 10 дней. За это время он прошел ряд тестов, демонстрируя свои возможности в микрогравитации.
Среди экспертов и простых наблюдателей, робот получил и положительные оценки, и критические замечания относительно практичности его использования. И хотя транслируемые в СМИ мнения привычно разбились на два полярных лагеря, одни из которых излишне критично отнеслись к идее использования подобного робота, а другие излишне хвалили как огромное достижение, на самом деле робот Fedor выполнил основную научную задачу - тестирование технологии. Разумеется, в ходе любого тестирования важно получать и осмыслять любой результат, будь он положительным или отрицательным с точки зрения успешности.
Как Fedor, так и его предшественник Robonaut, выявили ряд общих проблем для использования роботов такого типа.
Механические человекоподобные платформы ограничены в своем функционале именно из-за дизайна, предполагающего человеческий облик. Механические системы значительно отличаются от биологических мышц и сочленений по своим свойствам. В данном случае можно сказать, что применимость этих роботов стала жертвой "имиджа" в ущерб функциональности. Вероятно, последующие версии подобных систем будут отходить от облика человека, и для большей подвижности, легкости и компактности будут представлять собой какие-либо другие формы. Будь то идея о роботе-пауке или летающем "дроне" с парой манипуляторов.
Впрочем, совсем сбрасывать со счетов человекоподобных андроидов не стоит, возможно грядущие инновации раскроют новый потенциал данной технологии.
Манипуляторы.
Когда мы говорим о роботах, мы часто представляем именно человекоподобные машины, но не менее важными являются роботы-манипуляторы. Они разработаны специально для работы в экстремальных условиях открытого космического пространства и обладают способностью выполнять задачи, требующие высокой точности и плавности.
Один из таких манипуляторов — это Canadarm2. Этот робот был разработан канадским космическим агентством и очень важен для исправного обслуживания МКС. С его помощью астронавты могут перемещать грузы в космосе, устанавливать новое оборудование и даже исправлять неполадки на внешних структурах станции. Canadarm2 имеет шесть степеней свободы и способен взаимодействовать с различными объектами разного размера и формы, что делает его идеальным инструментом для обеспечения надежной эксплуатации станции.
Другой робот-манипулятор — Dextre, которого из-за потрясающей точности движений даже сравнивают с земными роботами-хирургами. Он был разработан для выполнения более деликатных и сложных операций. С его помощью можно заменять мелкие компоненты и даже проводить некоторые научные эксперименты в условиях открытого космоса.
Эти роботы-манипуляторы играют критически важную роль на МКС. Без их помощи многие из сложных и опасных задач, связанных с поддержанием и обслуживанием станции, были бы почти невозможны для выполнения человеком или требовали бы значительно больше времени и ресурсов. Наличие таких роботов не только повышает безопасность и эффективность работы на станции, но и позволяет сократить интенсивность выходов астронавтов в открытый космос.
Роботы-компаньоны.
Находясь в условиях замкнутого пространства МКС, далеко от Земли, астронавты сталкиваются с рядом психологических трудностей. Одиночество, ограниченное общение и стресс от выполнения ответственных задач в тяжелых условиях могут оказать давление на психику даже самых подготовленных космонавтов. В этом контексте роботы-компаньоны становятся не просто инструментами, но и источником моральной поддержки.
Одним из наиболее известных примеров такого робота является Kirobo — небольшой робот, разработанный японским космическим агентством JAXA в сотрудничестве с Toyota и Dentsu. Этот робот был специально создан для сопровождения японского астронавта Коити Ваката во время его миссии на МКС. Kirobo умеет разговаривать, распознавать лица и даже выражать эмоции. Его основная задача — обеспечивать психологическую поддержку астронавту, становясь для него другом и собеседником в одиночестве космического пространства.
Другой пример - это роботы Astrobee от NASA. Эти кубические компаньоны выполняют те же функции, актуальные для данного типа роботов. Однако они способны к самостоятельному перемещению в условиях невесомости станции. Для этого они используют небольшие электрические вентиляторы, которые позволяют им "плавать" по воздуху.
Такие роботы - это не просто игрушки или гаджеты. Они вносят важный вклад в сохранение психического здоровья космонавтов. Исследования показали, что общение с роботами может снижать уровень стресса, а также стимулировать когнитивные функции. Их применение на МКС — это лишь первый шаг на пути к созданию более сложных и продвинутых систем поддержки, которые могут быть использованы в долгосрочных миссиях, таких как путешествие на Марс.
Будущее космических автоматических систем на орбитальных станциях обещает быть увлекательным. Роботы следующего поколения могут стать не просто инструментами или помощниками, но и полноценными партнерами астронавтов. С развитием искусственного интеллекта и нейросетей, они будут способны выполнять более сложные задачи, такие как научные исследования, анализ данных или даже автономное управление модулями станции.
В перспективе можно ожидать создания гибридных систем, в которых человеческий экипаж и роботы будут работать в тесной кооперации.
Но несмотря на все технологические преимущества, роботы не могут полностью заменить человека в космосе. Они могут быть отличными инструментами, помощниками и даже партнерами, но человеческий интеллект, интуиция и творчество останутся неоценимыми даже в самом дальнем космосе. Именно комбинация человеческого ума и робототехники обещает самые перспективные результаты для будущего исследования космоса.
