Мы используем результаты космической деятельности ежедневно — это связь, навигация, телевидение, метеосводки и карты. Развитие многих отраслей экономики и технологических направлений стало возможным во многом благодаря запуску первого спутника, полета первого человека в космос.
К таким технологическим направлениям можно отнести и робототехнику, которая получила мощный импульс на волне разработки беспилотных автономных систем для исследования околоземного космического пространства и поверхности планет. Спутники, космические дроны и марсоходы стоят в одном строю с антропоморфными роботами и колаборативными промышленными манипуляторами.
Космическая отрасль с момента своего рождения традиционно является одним из приоритетных направлений научного и промышленного развития.
Эффективные производства и технологическое лидерство
В марте 2025 года на стратегической сессии Правительство утвердило стратегию институтов развития во главе с ВЭБ.РФ. В качестве одного из приоритетных направлений определено достижение технологического лидерства и суверенитета.
В современном мире, где информация и данные являются ключевыми ресурсами, развитие импортонезависимых цифровых технологий и программно-аппаратных средств играет ключевую роль в глобальной конкуренции и безопасности.
Основным институтом группы ВЭБ.РФ, осуществляющих системную поддержку ИТ-решений и отраслевой трансформации, является Российский Фонд Развития Информационных Технологий. Фонд оказывает комплексную поддержку разработки и внедрения конкурентоспособных отечественных ИТ-решений, финансирует реализацию особо значимых проектов в ключевых отраслях экономики: ракетно-космическая промышленность, судостроение, авиастроение, двигателестроение, автомобилестроение, сельское хозяйство и других секторах экономики.
В настоящее время при поддержке РФРИТ реализуются 22 особо значимых проекта, значительная часть которых направлена на автоматизацию и повышение эффективности производственных процессов. Российские предприятия нацелены на увеличение автономности средств производства, внедрение современных систем управления промышленным оборудованием, имплементацию роботизированных комплексов, искусственного интеллекта и систем поддержки принятия решений.
Развитие средств производства и автоматизация российских предприятий — один из приоритетов Правительства и профильных министерств.
В 2024 году в России анонсирован национальный проект «Средства производства и автоматизации». Проект направлен на развитие станкостроения, промышленных роботов и автоматизации производственных линий. Решение о старте проекта принято по итогам стратегической сессии, проведенной Председателем Правительства Михаилом Мишустиным. Нацпроект включает в себя три федеральных проекта и охватывает ключевые направления: средства производства и инструментальная промышленность, робототехника и подготовка кадров.
По словам первого вице-премьера Правительства Дениса Мантурова, одним из главных результатов реализации национального проекта должно стать вхождение России к 2030 году в число 25 ведущих стран мира по уровню роботизации. Плановый показатель — 145 роботов на 10 тыс. работников.
На развитие промышленной робототехники и автоматизации производства планируется выделить до 2030 года около 350 млрд рублей. Финансирование направлено на поддержку производителей и промышленных потребителей роботов. Проект включает в себя меры по субсидированию предприятий, занимающихся разработкой и производством промышленных роботов, а также производителей компонентной базы.
В частности, Минпромторг принял решение выделить более 15 млрд рублей в перспективе до 2030 года на создание более 30 центров развития робототехники во всех федеральных округах страны. Для координации мер поддержки и технико-технологического аудита системы промышленной роботизации на базе Университета «Иннополис» создан федеральный центр развития промышленной робототехники. Университет является оператором проекта Минпромторга России по созданию центров развития робототехники.
В целом, вектор развития промышленной робототехники в стране достаточно понятный и прозрачный. Российские разработки обладают достаточно высоким рыночным потенциалом, а промышленные предприятия имеют опыт эксплуатации колаборативных роботизированных систем.
Иначе обстоят дела в узко специализированных направлениях развития робототехники, в частности, в вопросах разработки и использования роботизированных комплексов космического назначения. Основная причина недостаточного внимания к космической робототехнике кроется в потенциале тиражирования и мультипликации. Если промышленный робот-манипулятор, произведенный для автомобилестроения, может быть адаптирован для интеграции в смежных отраслях, с роботами, предназначенными для использования на орбите и борту космических аппаратов, всё куда сложнее.
Per aspera ad astra
Энтузиасты технологий считают начало космической робототехники от запуска первого искусственного спутника Земли в 1957 году, когда беспилотный космический аппарат сделал первый шаг на тернистом пути освоения космоса. Далее были советские программы «Луна», «Луна-2» и «Луна-3», в рамках которых космические аппараты достигли поверхности Луны и передали на Землю снимки ее поверхности.
В 1960 годы начали набирать обороты проекты по созданию роботизированных зондов для межпланетных исследований. В рамках программы NASA Mariner были выведены на орбиту роботизированные системы для изучения поверхности Венеры, Марса и Меркурия.
В 1970 году советский аппарат «Венера-7» был посажен на поверхности Венеры и смог передать данные на Землю. В том же году лунный ровер «Луноход-1» высадился на поверхности спутника нашей планеты, пробыв на Луне около года. В 1971 году первую в истории мягкую посадку на поверхность Марса совершила советская автоматизированная межпланетная станция «Марс-3».
Роверы и марсоходы
Программа Sojourner, запущенная NASA в рамках миссии Mars Pathfinder в 1997 году, в полной мере продемонстрировала преимущества роботизированных систем при исследовании горных пород и почвенного покрытия «красной планеты» и положила начало массовому выпуску марсоходов и космических роверов.
В 2004 году NASA высадило на Марсе аппараты Spirit и Opportunity, которые проработали на поверхности планеты около 15 лет. За это время роботизированные исследователи собрали огромный массив данных о геологических особенностях Марса, анализе изменений поверхности планеты в исторической ретроспективе.
Марсоходы и другие планетоходы высаживаются на поверхность небесных тел с помощью спускаемого аппарата. Сложность процесса доставки планетохода на поверхность планеты заключается в обеспечении мягкой посадки. Главной технической проблемой процесса является снижение скорости аппарата от космической до стремящейся к нулю.
Задача может решаться различными способами, которые иногда комбинируются в рамках одной операции (спуск с помощью ракетного двигателя, аэродинамическое торможение, спуск с помощью парашютов). Марсоходом невозможно управлять дистанционно командами оператора с Земли в режиме реального времени, так как наблюдается значительное запаздывание командных сигналов и сигналов от планетохода. В связи с этим, марсоходы способны проводить исследования автономно, по заложенным программам.
Сложности с посадкой и управлением аппаратами стали отправной точкой старта исследований и разработок беспилотных летательных аппаратов, воздушных роботов. Летательные космические роботы – отдельное и достаточно перспективное направление развития космической робототехники. Такие аппараты могут покрывать большую территорию, чем марсоходы.
В рамках миссии Mars-2020 NASA разработало вертолет Ingenuity, который стал первым летательным аппаратом, который совершил полет на другую планету. Технически аппарат представляет собой электрокоптер с лопастями. Он был запущен вместе с марсоходом Perseverance и успешно продемонстрировал работоспособность в разряженной марсианской атмосфере. Всего за время эксплуатации коптер совершил более 70 полетов над поверхностью Марса.
Роверы и коптеры — не единственные группы средств космической робототехники. Мировая аэрокосмическая промышленность использует роботизированные комплексы для различных задач на орбите, борту космических аппаратов, в рамках осуществления внекорабельной деятельности, при управлении полетами, производстве космической техники и обслуживании космических комплексов. Разберемся с классификацией роботизированных космических систем.
Типы космических роботов и из задач
Космическая робототехника рассматривается как отдельное перспективное направление орбитальных и планетарных исследований по одной простой причине: космическая деятельность реализуется в средах, опасных для человеческого организма.
Планетоходы и роверы
Аппараты данного типа используются для исследования поверхности небесных тел, анализируют образцы почвы и грунта, атмосферные условия, ретроспективные данные о состоянии поверхности планет, осуществляют поиск признаков наличия микроорганизмов и бактерий.
Посадочные аппараты
Такие аппараты используются для посадки на поверхность небесного тела для дальнейшего проведения научных исследований и экспериментов. Посадочные аппараты проводят биологические эксперименты, изучают состав и структуру комет.
Орбитальные аппараты
Комплексы применяются для сбора данных при обращении аппарата вокруг планет и других небесных тел. Такие системы осуществляют изучение атмосферы, поиск признаков воды, магнитные поля, помогают в планировании мест посадки роверов и посадочных аппаратов.
Космические зонды
Зонды осуществляют сбор данных и их передачу на объекты наземной космической инфраструктуры, исследуют данные о границах Солнечной системы, изучают объекты пояса Койпера, внешнюю часть солнечной короны и солнечный ветер.
Роботы-манипуляторы
Аппараты данного типа применяются на космических станциях и кораблях для сборки, обслуживания и ремонта космической техники, транспортировки грузов, развертывания и извлечения спутников. Технически манипуляторы чаще всего представляют собой механизированную руку.
Антропоморфные роботы
Роботы человекоподобного типа используются в качестве дублера человека там, где необходимы человеческие манипуляции. Как правило, они используются для выполнения рутинных операций, технического обслуживания на борту космических станций.
Автономные дроны
Дроны автономного типа могут выполнять полеты в условиях низкой гравитации, выполняя исследовательские и инспекционные задачи.
Применение космических роботов
В современных условиях технологии космической робототехники развиваются с кратным ускорением. Подобно тому, как автоматизация производственных линий затрагивает всё большее количество предприятий, космическая робототехника занимает свое прочное место в рутинных операциях на орбите, борту космических аппаратов, сборочных подразделениях предприятий ракетно-космической промышленности.
Космическая робототехника как область деятельности, направленная на исследование, разработку, производство и эксплуатацию роботов, робототехнических комплексов и роботизированных систем, способных автономно функционировать в недетерминированной космической среде за счет использования искусственного интеллекта, является качественно новым этапом автоматизации космической деятельности.
Под космическим роботом в широком смысле понимается программируемое техническое или киберфизическое устройство, обладающее определенным уровнем автономности перемещений, манипулирования и позиционирования при выполнении поставленных задач в процессе осуществления космической деятельности. Поэтому, в общем случае, к космическим роботам относятся автоматические и пилотируемые космические аппараты, обладающие определенным уровнем автономности, автономные и телеуправляемые роботы-манипуляторы, роботы-ассистенты, планетоходы, роботы для разведки, добычи и переработки полезных ресурсов на поверхности космических тел.
Современные тенденции развития космонавтики, включающие переход к практическому использованию ближнего космоса, освоению космического пространства, пилотируемым полетам к Луне и в дальний космос, развитию посещаемых и обитаемых станций, предполагают широкое использование средств космической робототехники.
Роботы уже в ближайшем будущем будут востребованы для решения большинства задач космической деятельности, предусматривающих выполнение автономных операций без участия экипажа или осуществление ассистентской поддержки деятельности космонавтов:
- исследование дальнего космоса;
- создание и постоянная эксплуатация лунной базы;
- техническое обслуживание и ремонт спутников на околоземных низких и геостационарных орбитах;
- выполнение рутинных операций на космических станциях.
Целесообразность использования роботов в космосе обусловлена, с одной стороны, необходимостью минимизации участия космонавтов в тех видах космической деятельности, которые сопровождаются высокими рисками для их жизнедеятельности, или возникают вследствие специфики выполняемых операций, связанных с ограниченными возможностями человека, например, по скорости, точности, диапазону усилий, монотонности выполнения.
Риски и барьеры использования роботов в космосе
Развитие космической робототехники осуществляется хоть и по тем же законам и правилам, что наземные роботизированные системы, однако имеет свои существенные отраслевые нюансы. Особенности космической деятельности формируют следующие барьеры и риски:
риски применения роботизированных операций в космической деятельности вследствие высокой цены возможных неблагоприятных исходов при ошибках функционирования роботизированных систем космического назначения;
воздействие агрессивных факторов космического пространства, изменяющихся в более широких диапазонах по сравнению с земными условиями;
нахождение на значительном удалении от наземных центров управления и ограничение доступа оператора;
функционирование в среде с высокой степенью недетерминированности количественного и качественного характера.
Требования к космическим роботам
С учетом специфики операций к функционированию перспективных роботизированных комплексов космического назначения должны применяться следующие требования:
- *надежность — возможность гарантированно выполнять задачи по предназначению;
устойчивость к воздействию внешних воздействующих факторов космического пространства; - мобильность — возможность навигации и перемещения в пространстве, в том числе, в недетерминированной среде (например, ровера на поверхности небесного тела);
- автономность — возможность выполнять задачи по назначению на основе текущего состояния и восприятия внешней среды без вмешательства человека;
- адаптивность — возможность выполнять задания, воспринимая внешнюю среду и взаимодействуя с внешними источниками, адаптируя свое поведение;
- интерактивность — возможность эффективно взаимодействовать с человеком-оператором, другими устройствами и окружающей средой;
- искусственный интерфейс — должна быть спроектирована искусственная техногенная среда для обеспечения роботов интерфейсами для навигации и перемещения, средствами фиксации, специально оборудованными рабочими местами.
Перспективы космической робототехники
На основе мировых тенденций и среднесрочных прогнозов развитие космической робототехники является необходимым условием развития национальных космических программ и выживания в условиях жесткой конкуренции.
Для системного развития космической робототехники как перспективного технологического направления необходимо обеспечить выполнение следующих задач:
- формирование нормативных документов, целеполагания и дорожных карт развития космической робототехники;
- создание и развитие непрерывной модели образования в сфере космической робототехники с участием ведущих университетов, учреждений общего и дополнительного образования, бизнеса и организаций космической отрасли;
- создание благоприятной среды и экосистемы развития малых инновационных предприятий и частных инициатив в сфере космической робототехники;
- развитие производства электронной компонентной базы для отечественных роботизированных систем космического назначения;
- популяризация космической робототехники и формирование доверия к роботизированным комплексам.
В настоящее время Российская Федерация только делает первые шаги в системном развитии космической робототехники. Появляются энтузиасты и частные компании.
Реализуются комплексные образовательные программы для детей и молодежи. Создаются отечественные конструкторы космических систем и симуляторы космических миссий, модульные системы для оснащения космических классов.
Существенные наработки в данном направлении есть у частных российских компаний «Образование будущего», «Спутникс», «Мироника». Профиль «Спутниковые системы» включен в состав Национальной технологической олимпиады.
На текущий момент можно сделать вывод, что у российской космической робототехники есть будущее. Его достижение зависит от консолидации усилий государства, бизнеса и науки.
Автор Роман Ступин
Источник: КОМПЬЮТЕРРА
