3 Сентября 2019

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.