Роботы в реальном и виртуальном мире

Одно из научных направлений работы Центрального НИИ машиностроения – информационно-коммуникационные технологии. Кандидат технических наук, член бюро президиума Российской академии космонавтики Валерий Богомолов руководит лабораторией космической робототехники Центра системных исследований ЦНИИмаш. Естественно, что первый мой вопрос к нему был такой: какие направления исследований включает в себя понятие космической робототехники? Но прежде чем ответить на него, Валерий Павлович провел меня в лабораторию, заставленную аппаратурой. Я надел специальные очки. Когда в комнате погасили свет, на большом экране дисплея возникло стереоскопическое изображение – эмблема наукограда Королёва. Земной шар объемно выделялся на фоне звездного неба.

– Валерий Павлович, и в чем тут загадка?

– Обратите внимание – звезды на небе не какие-то условные, символические, а вполне конкретные, и расположены они точно согласно каталогу. Но это лишь пример стереовизуализации. Стереоизображение позволяет создавать эффект присутствия. С помощью этой технологии можно и, главное, нужно создавать виртуальные музеи космической техники, различных видов изобразительного искусства, природы. Все инновационные проекты можно собрать в одном месте. Вот видите – грабинская пушка, самолет тридцатых годов, космический корабль – все показано объемно, пространственно. Кабина «Бурана» изнутри – зрелище уникальное, потому что из ЦПКиО корабль уже выбросили┘ А это стереоизображения под микроскопом минералов, кристаллов, молекул, живых тканей. Все это – отработанные у нас элементы системы дистанционного обучения. Кстати, наблюдая стереоизображения, мы начинаем лучше понимать их строение.

Оказывается, есть около двадцати способов формирования стереоизображений. Современные знания о стереосистемах позволяют через какие-то пять-семь лет создать стереотелевизоры, которые можно смотреть без специальных очков.

– А где же тут роботы?

– Будут сейчас и роботы. Робототехника переплелась с информационно-коммуникационными технологиями. Виртуальные модели роботов (вот они, танцуют под музыку) выполняют дистанционные команды, а натурные технические устройства могут повторять их движения. Один компьютер управляет несколькими роботами. То есть можно программировать их действия. У нас роботы научились собирать такие конструкции, как крупногабаритные фермы. Людям нельзя долго работать в открытом космосе – это слишком трудно, медленно, неэффективно и опасно. Для этих дел нужны автоматы – в космосе они просто незаменимы. А управлять роботами дистанционно позволяют наши информационно-коммуникационные технологии. На одном экране – изображение модели, на другом – реального манипулятора. Управляя моделью с помощью компьютера, я заставляю манипулятор выполнять аналогичные операции.

– Вы сказали, что человек в открытом космосе не может собирать крупногабаритные конструкции┘

– Разумеется. Например, для мониторинга поверхности Земли с геостационарного спутника нужны огромные антенны – 60–100 метров. Космонавту в скафандре только пройти эту дистанцию – нелегкий труд. К тому же надо учитывать, что в космосе – безопорное пространство, нет верха и низа, поэтому сложно ориентироваться. При этом космонавт должен постоянно цепляться за конструкцию фалом, чтобы не оторваться и не улететь в бездну┘

Короче говоря, с точки зрения сборки конструкций на орбите у человека множество недостатков. А машина работает без эмоций, сна и отдыха, четко, по заданной программе. Технологический прорыв в дистанционном управлении существенно меняет ситуацию. С помощью современных систем управления и отображения человек может практически любую работу взвалить на плечи роботов.

Это же относится и к современной военной авиации. Человек в качестве пилота перспективных боевых машин уже исчерпал свои возможности. Его заменят беспилотные аппараты, дистанционно управляемые человеком. В США уже существуют роботизированные самолеты, танки, даже пехота. Да, настоящие роботы-солдаты! Им не надо поднимать боевой дух, не нужны командиры, политработники, полевые кухни┘ Работают в этом направлении также в Японии, Китае и некоторых других странах.

– А у нас?

– Тоже понемногу к этому приходят, хотя и слишком медленно. А ведь эта технология родилась в России, давно известны шагающие механизмы Чебышева, им же были предложены первые математические модели шагающих устройств. Однако современные технологии позволяют упростить управление ими с помощью быстродействующих компьютеров.

– Космические роботы нужны только для работ в открытом космосе?

– Конечно, нет. Напротив, их сейчас необходимо держать на орбитальных станциях. Первыми должны появиться роботы для внутренних работ, чтобы помогать людям. Вот уже на европейском модуле, который пристыковали к МКС 11 февраля, есть балкон, на котором установлен робот-манипулятор. Там же, внутри модуля, предусмотрены специальные стойки, обслуживание которых можно поручить роботу.

– Но возможны ведь ситуации, когда человек управляет роботом, находясь в открытом космосе?

– Если уж человек будет вынужден выходить в открытый космос, то его скафандр должен быть оснащен всеми средствами управления, от кнопок до маркеров на дисплее; чтобы космонавт мог подавать команды всем устройствам голосом, движением глаз, поворотом головы. Способов много. Надо только, чтобы техническое решение было красивым – это очень важный критерий. В природе все красиво, а техника – вторая природа. Беспроводные коммуникации еще недостаточно осознаны. На борту МКС – огромное количество кабелей! На последующих станциях будет иначе. МКС уже сегодня морально устаревает.

– Если роботы так нужны на орбитальных станциях, то уж в дальнем космосе и подавно┘

– Например, астрофизики уже получили стереоизображение Солнца. Но для этого не понадобилось лететь туда человеку. Два американских спутника облетели наше дневное светило – и вот результат: стереоизображение Солнца. На таких планетах, как Венера, Юпитер и «далее везде», человеку присутствовать опасно – он не выдержит местных давлений и температур. За него все сделают роботы. И не только на планетах, но и в самом микрокосмосе – в человеке. Уже есть нанороботы, которые могут внутри организма находить отдельные вредоносные клетки, подбираться к ним и уничтожать их. Так что человеку нечего лезть в пекло и холод космоса, в недра клеточных структур. Человек должен думать, а работают пусть роботы.

– Известно, что новые технологии подсказывают новые технические решения. Я слышал, что у вас есть идея – трубопроводный транспорт для космоса. Расскажите об этом поподробнее.

– Именно так. Уже стоит задача: перенести большие скорости с неба на Землю. Ее инициаторами выступают и ЦНИИмаш, и Российская академия космонавтики. Мы системно исследуем эту проблему. Актуальная задача – увеличение скорости наземного транспорта до 500–1000 километров в час. Для этого нужно создавать в трубопроводах вакуум и пускать по ним контейнеры с грузами и пассажирами. Начинать надо с малого. Например, сделать метро Москва–Санкт-Петербург, Москва–Нижний Новгород, а дальше – Екатеринбург, Омск, Новосибирск, Красноярск, Иркутск – и так до Тихого океана. Из Москвы можно будет за час добраться до Питера! Это даст мощный импульс всей экономике.

Согласно формуле Циолковского, чем выше начальная скорость, тем меньше требуется топлива для разгона. Американцы уже делают вакуумные трубы, в которых достигнута скорость 1 километр в секунду. В принципе ее можно довести и до первой космической. Проблема – сопротивление воздуха при входе в атмосферу. Для ее решения нужно научиться дистанционно управлять пограничным слоем. Это будет революционным решением, так как мы будем разгонять не всю ракету, а только полезную нагрузку.

– Но это фактически пушка!

– Да, и достоинство ее в том, что выводимый на орбиту полезный груз с момента пуска летит без колоссальной массы носителя с топливом. А на Луне такую пушку можно применять уже сейчас. Там вместо 8 километров в секунду достаточно 1,6 и нет сопротивления воздуха. Из лунной пушки – на Землю! С этого хотя бы начать.