September 2019 – Page 2 – SPA «Android Technics»

Новостная интернет-программа «Космическая среда» Телестудии Роскосмоса

Выпуск 249. В программе от 4 сентября 2019 года: – Космодром Восточный: Большие перспективы. – Skybot F850 работает на МКС. – Экипаж МКС-61/62 сдает экзамены. – «НПО Энергомаш» запускает производство РД-171МВ. – Центр управления суборбитальными полётами от Virgin Galactic. – Одной строкой: Старт «Рокота», «Метеор» наблюдает ураган, «Спектр-РГ» включает eRosita, James Webb готов, на МКС сработала сирена, Магнитная буря, «Викрам» готовится к посадке. – Астрофотография недели: Затмение и пепельный свет Луны, Галактика M61, «Глаз дракона».

Будущее развитие. В чем цель космического эксперимента «Испытатель»

Сегодня в интернет-сфере активно идут обсуждения запуска на МКС настоящего робота, который состоялся в рамках 1 этапа космического эксперимента «Испытатель».
Космический эксперимент имеет своей целью разработку новых программ, участие в которых смогут принимать роботы. Научно-технический прогресс позволит расширить функциональные возможности сферы освоения космоса. О том, чем так важен проект и что надо о нем знать, АиФ.ru рассказал кандидат технических наук, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники, исполнительный директор АО «НПО «Андроидная техника» Евгений Дудоров.

АиФ.ru: Евгений Александрович, в чем суть эксперимента?
Евгений Дудоров: Космический эксперимент (КЭ) «Испытатель» относится к категории экспериментов, которые направлены на развитие таких ключевых технологий создания перспективной пилотируемой инфраструктуры, как роботизированная поддержка деятельности экипажей в условиях орбитального полета и на поверхности Луны. Данные технологии будут востребованы при любых сценариях развития отечественной космонавтики. В настоящее время эксперименты на МКС по отработке ключевых технологий освоения Луны, астероидов, Марса носят единичный характер. Поэтому проведение КЭ «Испытатель» на ПТК «Союз МС-14» и РС МКС представляется актуальным и перспективным направлением исследований в целях создания опережающего научно-технического задела для разработки и эффективного применения антропоморфных роботов-помощников космонавтов в перспективных космических миссиях. В результате этих исследований должны быть сформированы требования к характеристикам перспективной эргатической системы «космонавт — антропоморфный робот — профессиональная среда деятельности».

За рубежом разработки антропоморфных робототехнических систем космического назначения (АРТС КН) ведутся в основном в США, Европе и Японии. Работы НАСА по созданию АРТС космического назначения начались в 1997 году. Целью было создание системы, способной работать в открытом космосе в качестве помощника оператора ВнеКД, либо самостоятельной системы, способной работать в экстремальных условиях, в которых присутствие человека нежелательно. Результатом стал человекоподобный прототип, названный Robonaut 1 (R1), который мог бы выполнять поставленные задачи. Для робота R1 было сконструировано несколько вариантов нижней части корпуса. Инженеры построили его версию с подвижной ногой и научили робота лазать по поручням, предназначенным для человеческих рук. До 2006 года прототип испытывался в различных лабораторных условиях, что подтвердило его возможности. Однако в силу ряда причин Robonaut 1 в космосе испытан не был.

Работы над проектом по созданию робота нового поколения Robonaut 2 (R2), помощника астронавта при ВнеКД (в том числе при напланетной деятельности), NASA ведет с 2007 года. В 2011 году R2 был доставлен на МКС для проведения серии испытаний в рамках КЭ «Робонавт».

— Как прошли испытания для робота?
— R2 прошел серию испытаний, в ходе которых предполагалось проверить его функционирование в условиях микрогравитации, радиационного и электромагнитного воздействия, а также в условиях открытого космоса.

В ходе первого этапа испытаний R2, как следует из опубликованных источников НАСА, исследовались его возможности выполнять внутрикорабельную деятельность на МКС. Была проведена серия тестов R2 по оценке функционирования сенсоров, выдаче команд со специальных пультов (task panel), манипулирование специальным боксом для грузов, оценивались возможности телеоператорного управления роботом и условия обеспечения безопасности экипажа при совместной работе с роботом.
На этом этапе уже получена дополнительная информация о рисках внутрикорабельного использования АРТС, приобретен опыт для выполнения отдельных операций ВнеКД, операционной поддержки астронавтов при выполнении таких операций ВнуКД, как очистка фильтров, инспекция внутренних полостей стоек (rack), инвентаризация оборудования и др. По полученной в ходе исследований информации специалисты NASA намерены внести изменения и дополнительные усовершенствования в модель R2 для испытаний в открытом космическом пространстве.

— А что в России?
— В России работы по созданию и применению АРТС КН ведутся с 2011 г. В качестве прототипа АРТС КН для исследований первоначально использовался действующий макет робота SAR 400 разработки АО «НПО «Андроидная техника». Экспериментальные исследования робота SAR 400 на тренажерной базе «НИИ ЦПК имени Ю. А. Гагарина», ряд научно-исследовательских работ, выполненных по заказу Роскосмоса, позволили обосновать технический облик АРТС, решаемые ею задачи для ВнуКД и ВнеКД, способы её использования в интересах повышения эффективности эксплуатации существующих и перспективных пилотируемых космических комплексов.
Демонстрационный образец робототехнического комплекса для КЭ «Испытатель» был разработан в рамках проекта «Разработка технологии создания комбинированной системы управления робототехническими комплексами», шифр «Спасатель», выполненного по договору между АО «НПО «Андроидная техника» и Фондом перспективных исследований. АРТС (робот FEDOR) предназначен для дистанционного выполнения задач с использованием тонкой моторики манипуляторов.

В состав робота FEDOR входят:
1. головной модуль;
2. корпусный модуль;
3. модуль манипулятора — 2 шт.;
4. модуль захвата — 2 шт.;
5. опорный модуль — 2 шт.;
6. задающее устройство копирующего типа (ЗУКТ);
7. шлем виртуальной реальности.

Наземные экспериментальные исследования возможностей дистанционного управления космонавтами роботом FEDOR для выполнения отдельных типовых полетных операций были проведены на исследовательском стенде Центра подготовки космонавтов. Космонавты достаточно легко адаптировались к управлению роботом в копирующем режиме, используя экзоскелет с обратной силомоментной связью. Получены положительные результаты дистанционного выполнения типовых полетных операций с использованием АРТС. Для подтверждения возможности телеоператорного управления роботом при выполнении отдельных типовых полетных операций в условиях космического полета, операционной поддержки космонавтов и обеспечения условий безопасности экипажа при совместной работе с роботом необходимо проведение космического эксперимента на борту МКС.
Цель первого этапа КЭ «Испытатель» — проверка работы АРТС КН («FEDOR») в условиях микрогравитации, радиационного и электромагнитного воздействия в гермоотсеке РС МКС. Получение новых знаний об изменении динамических характеристик телеуправляемой АРТС в условиях безопорного пространства, радиационного и электромагнитного воздействия, о влиянии невесомости на качество операторской деятельности космонавта, управляющего АРТС, об ограничениях при совместной работе с роботом в целях обеспечения безопасности экипажа.

Основные научно-технические задачи КЭ «Испытатель»:
1. исследование возможности интеграции антропоморфных робототехнических систем (АРТС) в ПКА и выполнения типовых операций на борту РС МКС;
2. уточнение алгоритмов управления многостепенной АРТС в условиях невесомости и получение информации о нагрузках на экипаж за счет встроенных датчиков АРТС;
3. проведение испытаний дистанционно-управляемого антропоморфного робота на стойкость к внешним воздействующим факторам на всех стадиях полёта на МКС и возвращения на Землю;
4. выполнение типовых элементов полетных операций членов экипажа, таких как прием и передача голосовых сообщений, имитация работы с бортовым инструментом;
5. сбор и передача в ЦУП информации о работоспособности дистанционно-управляемого антропоморфного робота и действующих на него нагрузках;
6. исследование влияния факторов космического полёта на процессы управления дистанционно-управляемым антропоморфным роботом;
7. проверка адекватности, уточнение и верификация математической модели антропоморфного робота как многозвенной приводной машины, действующей в условиях невесомости в ограниченном пространстве;
8. уточнение параметров системы управления антропоморфным роботом и его исполнительными устройствами в условиях воздействия факторов космического полета.

— По каким сценариям строится работа с роботом?
— Основные сценарии экспериментов с роботом:
1. На старте и выведении корабля на орбиту — информирование роботом специалистов ЦУП о выполнении циклограммы полёта и перегрузках (программируемый, адаптивный речевой сценарий).
2. На РС МКС — выполнение роботом типовых операций, соответствующих комплексу задач по эксплуатации РС МКС, под управлением российского экипажа с помощью специального задающего устройства (управляющего экзоскелета).
3. В процессе посадки — регистрация перегрузок, фиксируемых роботом.

Основные научно-технические задачи КЭ «Испытатель» в части голосового управления выполняются с целью уменьшить когнитивную нагрузку на космонавта за счет голосового управления АРТС.

К числу основных задач относят:
– проведение испытаний системы голосового управления антропоморфного робота на устойчивость к акустическим помехам.
– расширение перечня распознаваемых команд и их правильная интерпретация при произвольном произнесении требуемой команды.
– проверка условий электромагнитной совместимости радиоканала голосового интерфейса и бортовых систем.
– придание синтезируемой речи соответствующей эмоциональной окраски.

Робот в космосе. Зачем Федор летит на МКС?

Новость о том, что в космос отправится робот, взбудоражила общественность. Свои комментарии и оценки по данному поводу в сети оставляют многие россияне.
Может ли стать робот Федор заменой астронавтов в будущем и каковы его перспективы вообще — главные вопросы, которые беспокоят многих. О том, каковы перспективы данного проекта, АиФ.ru рассказал доктор технических наук, действительный член Российской академии космонавтики им. К. Э. Циолковского, научный руководитель АО «НПО Андроидная техника» по космической робототехнике Игорь Сохин.

АиФ.ru: Игорь Георгиевич, зачем робот Федор летит на МКС?
Игорь Сохин: Известие о том, что российский антропоморфный робот FEDOR («Skybot F-850») вскоре отправится на международную космическую станцию, стало резонансной новостью, получившей широкий отклик в информационном пространстве. Для многих этот факт был столь неожиданным, что появилось множество полярных комментариев и оценок. Часть информационного сообщества рассматривает это событие как пиар акцию — ни больше, ни меньше. Другая часть считает робота Федора заменой космонавтов в перспективных космических полетах — в частности, ему отведена роль пилота на транспортном корабле «Союз МС-14». В этой связи американский астронавт Скотт Келли вынужден был вмешаться в дискуссию и заявить, что «роботы могут выполнять некоторые задания, но не смогут заменить человеческую природу». Что же происходит на самом деле, без преувеличений и предубеждений? Действительно, Роскосмосом проводится первый этап космического эксперимента «Испытатель» по отработке роботизированной поддержки деятельности космонавтов в перспективных космических полетах.

— Как родилась идея эксперимента?

— Этот космический эксперимент не возник случайным образом. Ему предшествовал солидный научно-технический задел, полученный в результате почти десятилетних научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по отработке взаимодействия космонавтов с роботами-андроидами.

— Зачем нужен такой эксперимент?

— Прежде всего следует определиться, нужно ли России развивать пилотируемую космонавтику, оставаясь великой космической державой.
Перспективы развития российской пилотируемой космонавтики до 2050 года отражены в ее Концепции. Основные положения Концепции следующие.
Пилотируемая космонавтика в настоящее время переживает переломный период практически во всех экономически развитых странах. Успехи в космической области свидетельствуют об экономической и духовной зрелости общества. При этом достижения пилотируемой космонавтики наиболее ярко иллюстрируют эту закономерность.
Проникновение человека в космос можно охарактеризовать тремя основными стадиями: исследование, освоение и использование. Указанные стадии имеют эволюционную связь, границы между ними носят условный характер. Их наличие объективно и характерно для любой человеческой деятельности. Средства, используемые на разных стадиях, также отличаются друг от друга. На стадии пионерских исследований в космосе основная роль отводится автоматическим космическим аппаратам и роботам.
Освоение предусматривает непосредственное присутствие в космическом пространстве человека, деятельность которого позволяет определить рациональные пути и направления использования новой среды обитания. Пилотируемая космонавтика относится прежде всего к стадии освоения космического пространства и является её доминирующим средством.
Целью освоения является обеспечение гармоничного перехода от исследований космического пространства к его использованию.
Новые направления пилотируемой космической деятельности находятся в более удалённом, чем низкие околоземные орбиты (НОО), пространстве. Возможными объектами дальнейшего исследования и освоения являются Луна, астероиды, Марс.

Однако с учётом технологических проблем, которые необходимо решить в рамках пилотируемых полётов к этой планете, освоение Марса, а тем более его практическое использование, в предстоящие 20-30 лет представляется экономически нереализуемым и крайне опасным предприятием.
Пилотируемый полет к астероидам (прежде всего из групп Амура, Атона и Аполлона) является весьма сложной, но, по сравнению с полётом к Марсу, более реализуемой задачей. Отсутствие атмосферы и малая гравитация упрощают задачу посадки и покидания астероида. Тем не менее, полет к астероиду также сопряжен с необходимостью решения задачи сверхдлительных перелётов со сложной межпланетной баллистикой, активной динамикой сближения с вращающимся астероидом, длительным радиационным воздействием.

— Какой объект для освоения наиболее перспективен?
—Освоение Луны оценивается как наиболее реальная задача. Луна находится в трёх сутках полёта от Земли. Она лишена атмосферы, что позволяет рассматривать её как уникальную платформу для астрофизических исследований, размещения крупногабаритных конструкций любого назначения. Луна обладает важными с точки зрения человеческой деятельности природными ресурсами — запасами кислорода, водорода, воды, азота, гелия, титана, алюминия и других веществ. Российская академия наук рассматривает Луну как перспективный и первоочередной объект для проведения научных исследований. Не разовая высадка, а создание обитаемых (посещаемых) лабораторий и соответствующей инфраструктуры на Луне станет новой эпохой в изучении и освоении космического пространства. Полёты на Луну позволят отработать технологии, необходимые для реализации экспедиций на Марс и строительства напланетных сооружений.

В перспективе до 2050 года стратегическими значимыми целями пилотируемой космонавтики являются:
1. Дальнейшее обеспечение присутствия человека на низких околоземных орбитах, гарантирующее эффективное использование этой области космического пространства, расширение круга специалистов, непосредственно участвующих в космической деятельности, а также создание задела для выхода человека за пределы околоземного космоса.
2. Освоение Луны — стратегически важного природного спутника Земли, находящегося в доступном околоземном пространстве, обладающего запасами важных для жизнедеятельности человека ресурсов, предоставляющего уникальные возможности для проведения широкого спектра научных исследований и технических экспериментов, а также ценнейшим объектом для научного изучения.
3. Создание технологического задела и осуществление межпланетных перелётов к Марсу и ближайшим астероидам. Детальные исследования Марса роботизированными аппаратами. Начало реализации межпланетных пилотируемых полетов.

Для обеспечения достижения отмеченных стратегических целей должны быть разработаны, в частности, следующие ключевые технологии:
1. робототехнические системы для операционной поддержки космонавтов в условиях орбитального полёта;
2. технологии роботизированной и транспортной поддержки деятельности космонавта на поверхности Луны.

— Федор не обычный робот. Почему именно такая модель была выбрана?

— Антропоморфные роботы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами робототехнических систем при выполнении тонких манипуляций в техногенной среде обитания человека (на орбитальных станциях, в инфраструктуре обитаемых или посещаемых лунных баз). Во-первых, это их универсальность. Способность человекоподобных роботов пользоваться ручными инструментами, подавать и придерживать предметы, а также выполнять множество полетных операций, изначально спроектированных для человека, открывает широкие перспективы их использования как помощников космонавтов. Это позволит возложить на роботов-помощников экипажа часть рутинных полетных операций по обслуживанию элементов перспективной системы средств обитания (ПССО) — инфраструктуры напланетного и космического базирования, обеспечивающей выполнение полного спектра целевых функций пилотируемой космонавтики. Выполняя эти операции роботами-помощниками в автоматическом режиме, можно существенно увеличить время экипажа, отводимое для решения творческих, научных и прикладных задач, проведения исследований и экспериментов в космосе.
Мобильные роботы-андроиды могут также использоваться для выполнения особо опасных операций внекорабельной деятельности, инспекции аварийных или опасных объектов. Другим важным направлением использования роботов-помощников может стать поддержание работоспособности посещаемых НОО станций, лунных орбитальных станций, лунных баз, а также проведения аварийных и ремонтно-восстановительных работ при отсутствии на них экипажа. Как показывает опыт эксплуатации НОО станций, на беспилотных участках их полета могут возникают нештатные ситуации, которые могут быть устранены только человеком.
Например, известен случай потери управляемости станции «Салют-7», когда станция перестала воспринимать команды Центра управления полетами и неизбежно «упала» бы на Землю. Потребовалось определенное время, чтобы снарядить и отправить на станцию экипаж для ее реанимации. Но время было упущено, ситуация резко ухудшилась, и потребовались героические усилия космонавтов В. А. Джанибекова и В. П. Савиных, чтобы восстановить работоспособность станции. Ожидается, что применение антропоморфных роботов-помощников, телеуправляемых с Земли в копирующем режиме, позволит обеспечить работоспособность таких удаленных объектах, как посещаемые орбитальные станции в дальнем космосе и напланетные базы.
Таким образом, проведение космического эксперимента «Испытатель» является важным шагом на пути отработки перспективных технологий освоения дальнего космоса.