Дэвид Минделл - Восстание машин отменяется! Мифы о роботизации

От использования дистанционно управляемой камеры на самом деле оставался лишь маленький шажок до осознания того, что наземная команда может управлять движением самого ровера-планетохода через тот же самый канал связи. Вообще-то в 1970-х годах Советский Союз запустил на Луну два ровера, известных как луноходы, и они дистанционно управлялись при помощи джойстиков с наземных станций. Сравнительно малая задержка в передаче сигнала между Землей и Луной – всего несколько секунд – дает возможность широко использовать операции такого типа в лунных условиях. И все же NASA так и не послало туда телеуправляемый самоходный аппарат (хотя сейчас есть проекты с частным финансированием, направленные именно на это).

Описанный спектр аспектов лунной полевой геологии – от ученых-исследователей и астронавтов-лаборантов до дистанционно управляемых почти в реальном времени планетоходов – наводит на вопрос: какой тип присутствия людей требуется, чтобы вести научные исследования на других планетах?

Поиск ответа на этот вопрос мы начнем с мысленного эксперимента. Давайте вспомним, какую территорию охватила деятельность астронавтов на Луне вне корабля во время полета «Аполлона-17»: суммарная продолжительность трех выходов составила 22 часа, и за это время они преодолели около 35 км. Если бы это расстояние было пройдено по одной большой окружности, то охваченная площадь составила бы около 100 кв. км2.

Теперь представим себе лунного робота-«прыгуна». Джефф Хоффман, который уже уволился из отряда астронавтов и преподает в Массачусетском технологическом институте, не так давно работал над проектами подобных машин. Импульсы тяги от небольшого ракетного двигателя могут подбрасывать такого робота, заставляя его совершать «прыжки» над лунной поверхностью. Поскольку на Луне сила тяжести мала и составляет одну шестую от земной, такие прыжки могут покрывать многокилометровые расстояния.

Пусть в нашем мысленном эксперименте лунная экспедиция стартует с Земли и представляет собой садящийся на Луну аппарат-контейнер, в котором находятся два таких робота. После прилунения первый «прыгун», который специально оснащен для картографирования местности, отстыковывается и прыжками окаймляет зону площадью 100 кв. км. Установленные на нем камеры высокого разрешения, лидары, спектрометры и другие датчики выстраивают карту поисковой территории. Робот записывает оптические снимки, топографический профиль, выполняет другие измерения в высоком разрешении с точностью до миллиметров. Бортовые компьютеры обрабатывают все данные для их отправки на Землю через телеметрический канал, а в хьюстонском Центре управления полетами опытные специалисты по цифровой картографии собирают из них поисковую карту миллиметрового масштаба.

Затем эта информация предоставляется команде геологов, которые в течение нескольких последующих месяцев изучают весь массив данных в привязке к топографической карте территории на экранах своих компьютеров. Они используют очки виртуальной реальности или специальные комнаты виртуального погружения, которые позволяют имитировать перемещение по местности. Поскольку данные имеются в мельчайших подробностях, ученые могут виртуально «останавливаться» на интересующих их участках для детального изучения (хотя, конечно, у них не получится переворачивать пинком камни). Ученые работают совместно и имеют возможность останавливаться и подробно обсуждать, что именно они видят и куда им лучше направиться дальше.

Несколько месяцев спустя команда ученых суммирует свои выводы и определяет интересующие их участки в пределах поисковой территории. Они разрабатывают план отбора образцов и предоставляют его инженерной группе, которая переводит их в набор инструкций, планов и траекторий перемещения для «прыгуна» номер два, который все это время спокойно ожидал своей очереди, сидя на поверхности Луны.

Задача этого «прыгуна» – не съемки, а бурение, соскабливание, дробление молотком и забор проб. Получив программу на исследование, допустим, ста точек, привязанных к поисковой карте, построенной его компаньоном, второй «прыгун» начинает работу и за несколько дней методично отбирает образцы грунта и камней, возвращая их на основной аппарат.

В аппарате-контейнере набор лабораторных инструментов проводит расщепление и анализ полученных проб. Более совершенный вариант может даже сортировать образцы, заключать их в защитные капсулы и загружать в маленькую ракету, которая потом стартует с Луны и доставит их на Землю (как это делали советские станции серии «Луна» в 1970-х годах).

Вся программа исследований занимает от трех до шести месяцев – это намного дольше, чем те три дня, в течение которых «Аполлон-17» оставался на поверхности Луны.

Я не хочу здесь продвигать идею или проект подобной программы, хотя она вполне реальна с точки зрения современных технологий. Этот мысленный эксперимент был поставлен затем, чтобы задать себе вопрос: что же именно астронавты на Луне делали такое, что было бы недоступным для геологов на Земле, изучающих трехмерные модели сверхвысокой детализации? Они могли воздействовать на грунт? Пользоваться преимуществами «владения ситуацией» и «реального присутствия»? Взаимодействовать со средой в реальном времени? Давайте посмотрим на фактический опыт работы про программе Mars Exploration Rover – он поможет нам ответить на эти вопросы.

Два мобильных робота «Спирит» и «Оппортьюнити» были запущены с Земли в 2003 году и достигли точек посадки на противоположных сторонах планеты Марс в 2004 году. Набор камер, научной аппаратуры и инструментов позволял им путешествовать по местности на расстояние до нескольких километров, картографировать ландшафт, а также бурить и анализировать камни и грунт. Общей задачей научных исследований было выяснить, имелась ли на Марсе когда-либо прежде вода. Конечной же их целью являлся поиск признаков внеземной жизни.

И хотя оба ровера были спроектированы из расчета на работу в течение лишь 90 марсианских суток (которые принято называть солами), в действительности они проработали во много раз дольше. «Спирит» застрял в песчаной дюне в 2009 году, и в 2010 году связь с ним была окончательно утрачена. «Оппортьюнити» продолжает работу даже десятилетие спустя планировавшейся даты выхода из строя. По состоянию на 2014 год «Оппортьюнити» преодолел расстояние 40,25 км, и это больше, чем суммарно проехали астронавты на ровере «Аполлон-17» (35,7 км), и больше, чем прошел «Луноход-2» (39 км), – таким образом, установлен рекорд по длине дистанции, пройденной аппаратом на иной планете.

Все эти годы марсианскими роверами управляли из подразделения NASA – Лаборатории реактивного движения (JPL) в городе Пасадена, штат Калифорния. Там, сидя в комнатах без окон, инженеры и ученые отдавали роверам команды, обрабатывали полученные данные и в целом занимались исследованиями Марса (по окончании первых нескольких месяцев «номинальной» программы многие из ученых возвратились в свои научные организации, тем не менее продолжая участвовать в исследованиях планеты через Интернет).