Роботехника в космосе (космонавтике)

Космос является одной из областей применения автоматизированных и робототехнических систем в связи с высокой опасностью для жизни человека. Вопрос замены человека роботами начал рассматриваться учеными еще в начале ХХ века. Человек все больше и больше осваивал окружающее пространство, расширял сферу своей деятельности. Все чаще человек направлял свою работу в те среды, где для его здоровья и жизни условия окружающего пространства представляли опасность. Поэтому задача создания роботов для работы в опасных для человека условиях стал жизненной необходимостью. Сначала человек заменил роботами выполнение трудоёмких операций, таких как автоматизированная линия сборки автомобилей. Темпы освоения космоса и разработки космических технологий в последние годы кажутся достаточно стремительными, и в 2021 году есть несколько важных вех в этой сфере, которые многие ожидают с нетерпением. От первых полетов до их ярких завершений, долгожданных запусков и первых шагов на новых планетах - вот некоторые из крупнейших событий, которые стоит ожидать в новом году.

Что такое космороботы и для чего они нужны? Космороботы – это роботы, приспособленные работать в космическом пространстве. Преимущество космических роботов перед человеком заключается в том, что они могут работать в крайне неблагоприятных условиях и обходиться без каких-либо ресурсов, так как в большинстве случаев они работают на солнечных батареях. Также гораздо легче будет пережить потерю такого робота, чем гибель астронавта. Обычно, задача косморобота заключается в проведении какой-нибудь научной деятельности. Вообще-то, тоже самое может сделать и обычный робот, работающий на земной поверхности, но к космороботу есть несколько основных требований, которым он должен соответствовать. Например, перенести запуск, функционировать в сложных условиях враждебной среды, весить как можно меньше, потреблять мало энергии и иметь долгий срок службы, работать в автоматическом режиме, обладать чрезвычайной надежностью. Для того, чтобы соответствовать всем этим требованиям, учёные создают все новые и новые устройства, механизмы, приводы, микроконтроллеры, обладающие высокой прочностью и использующим как можно меньше энергии. Эксперты подсчитали, что отправление на Марс человека будет стоить примерно 200-300 миллиардов долларов, при том, что это будет безвозвратное отправление. Еще придется потратить несколько месяцев на психологическую адаптацию участников экспедиции. А отправка корабля, на борту которого будет робот, обойдется примерно в 5-10 миллиардов долларов. Так что роботы в космосе обходятся намного дешевле, чем люди.

Луноход-1 – первый в мире дистанционно-управляемый самоходный аппарат, успешно работавший на Луне. Был для изучения лунного грунта, а также для изучения радиоактивного и рентгеновского излучения. На поверхность луны он был доставлен 17 ноября 1970 года советской межпланетной станцией «Луна-17».  Луноход-1 проработал в 3 раза дольше запланированного срока, успев проехать 10540 метров, передав на Землю 211 панорам и около 25000 фотографий. Проработав чуть больше 301-го дня, он не вышел на связь с Землей в связи с выработкой изотопного источника теплоты, поддерживающего тепло внутри лунохода.

Марсоходы «Спирит» и «Оппортьюнити» - аппараты близнецы, успешно запущенные на Марс в 2004 году. Отправлены они были туда, в принципе, для одной цели – установить, была ли когда-нибудь на Марсе вода или нет. Изначально рассчитывали, что эти марсоходы проработают около 90 дней, и их миссия завершится, но проработали они гораздо больше. Спирит проработал больше шести лет, после чего связь с ним была утеряна. Оппортьюнити до сих пор стабильно работает, и в данный момент проводит изучение кратера Индевор.

Марсоход-попрыгунчик. Британские ученые разработали проект робота, который способен передвигаться по Красной планете, совершая прыжки на расстояние более 0,8 км за раз. Марсоход Mars Geyser Hopper будет преодолевать скалистый ландшафт, перепрыгивая через препятствия. В процессе прыжка марсоход сможет подняться на высоту до 900 метров. Это будет достигаться за счет того, что сердечник радиоактивного теплового конденсатора обеспечит тягу через ракетное сопло. Двуокись углерода, которой богата марсианская атмосфера, будет сжиматься и сжижаться внутри марсохода, превращаясь в топливо. В случае успеха марсоход-попрыгунчик позволит ускорить процесс исследования Марса, поскольку ему будет проще путешествовать по сложным ландшафтам этой планеты с ее Олимпом и другими горами, кратерами и каньонами.

Марсоход «Соджорнер». «Соджорнер» стал первым действительно независимым марсоходом, в значительной степени восстановившим репутацию NASA в области космических исследований, когда коснулся поверхности Марса в июле 1997 года. Хотя он проехал всего 100 м за 83 дня, это было в 12 раз больше, чем ожидалось. Он собрал огромное количество данных, включая более 8,5 миллиона атмосферных измерений и 550 изображений.

Луноходы. Луноход был самым обсуждаемым устройством на Земле до появления марсоходов. Хотя луноходы кажутся едва ли сложнее гольф-каров по сравнению с сегодняшними марсоходами, влияние их было огромным. С их помощью астронавты перемещались и перевозили оборудование намного дальше, чем это было возможно пешком, и привозили образцы горных пород, которые астронавты миссий «Аполлон 15–17» позже доставили на Землю. Впервые луноход был использован в миссии «Аполлон-15» в 1971 году. Стоимость четырех построенных луноходов составила 38 миллионов долларов (около 200 миллионов долларов по сегодняшнему курсу). Луноходы приводились в действие двумя 36-вольтными неперезаряжаемыми батареями и обладали максимальной скоростью в 12,88 км/ч, хотя рекорд скорости передвижения по Луне, который установил астронавт Юджин Сернан, все еще не побит — 18,02 км/ч. Все три лунохода остались на поверхности Луны после того, как их миссия завершилась.

«Персональный помощник астронавта». Малоразмерное устройство, способное перемещаться во внутренних объемах кораблей и станций за счет миниатюрных реактивных двигателей. Предназначено для "информационной поддержки" астронавтов при их работе с бортовым оборудованием. Разработка ведется специалистами Исследовательского центра NASA имени Эймса. Устройство оснащено датчиками атмосферы, измеряющими почти все ее параметры. Может служить средством непосредственной связи астронавтов и наземных центров управления полетом. Может работать автономно и по командам с Земли. Устройство проходит летные испытания на борту МКС.

Основными направлениями развития робототехнических систем космического назначения на ближайшую перспективу являются решение функциональных, технологических, сервисных и организационных задач, возникающих в ходе космических полетов, по результатам которых и должны быть сформулированы технические требования к перспективным робототехническим системам космического назначения.

Разновидности программ изучения космоса. Программы изучения Марса
Первая попытка запустить корабль для исследования Марса была предпринята еще в 1960 году в СССР, но советский космический аппарат «1M» не сумел покинуть атмосферу Земли. После нескольких неудачных запусков, предпринятых США и Советским Союзом, в 1971 году аппарат NASA «Маринер-9» достиг орбиты Красной планеты. В 1975 году аппарат «Викинг-1» стал первым кораблем, успешно спустившимся на поверхность Марса. Советской станции «Марс-2» удалось достичь орбиты, но не поверхности Красной планеты, всего через несколько недель после «Маринера». Последним на сегодняшний день аппаратом является марсоход NASA «Кьюриосити»

Экзомарс. Основная задача миссии «Экзомарс» заключается в выяснении того, существовала ли жизнь на Красной планете. Европейское космическое агентство (ЕКА) и Роскосмос вместе работают над несколькими аппаратами, которые помогут исследовать этот интересный мир более тщательно, чем раньше, а также предоставят беспрецедентные данные, касающиеся истории и современного состава планеты. Исследователи надеются, что миссия «Экзомарс» послужит основой для миссии Mars Sample Return в 2020-х годах, а также предоставит данные для миссии с участием человека, запланированной на 2030-е годы.

Подводная миссия. Море Кракена является самым крупным из известных морей на Титане. Ученые заинтересованы в изучении этого гигантского водоема, ширина которого, согласно оценкам, составляет более 1000 км, а глубина — около 300 м. В рамках программы NIAC было предложено использовать автономную подводную лодку, которая могла бы исследовать углеводородные моря, пока беспилотный летательный аппарат сканирует поверхность спутника. Основной целью является тщательное изучение состава жидкости. Кроме того, подводная лодка будет искать признаки растительной или микробной жизни, которые могут скрываться глубоко под поверхностью моря. Эти данные затем будут переданы на Землю через корабль-носитель, когда подводная лодка вернется на поверхность.

Еще один полет на луну Индия - не единственная страна, которая попытается попасть на Луну в 2021 году - у НАСА есть собственные грандиозные планы. Они планируют запустить корабль Artemis I в ноябре в 25-дневное путешествие вокруг Луны в рамках подготовки к будущим полетам человека. Беспилотный корабль будет запущен на борту Orion - новой космической системы запуска (SLS) НАСА. Затем он выйдет за пределы земной орбиты в сторону Луны и, в конечном итоге, пикирует на расстояние 100 км (62 мили) от поверхности и выйдет на лунную орбиту. Он пробудет там шесть дней, а затем вернется на Землю и (надеемся) благополучно приземлится у побережья Калифорнии для восстановления. Запуск Artemis I будет тестовым, чтобы убедиться, что системы и корабль безопасны для людей. Если все пойдет по плану, Artemis II отправит экипаж из четырех человек в аналогичное путешествие вокруг Луны в 2023 году, а в следующем году Artemis III высадит людей на поверхность Луны впервые за последние 50 лет.

Оригинал публикации (Читать работу полностью): Роботехника в космосе (космонавтике)