7 Сентября 2019

«Эксперимент успешно выполнен». Итоги полёта робота Фёдора на МКС

Робот распознавал человеческую речь и выполнял научные задачи.
Сегодня робот Фёдор вернулся на землю. Удалось ли ему выполнить поставленные задачи? Как шло взаимодействие машины и космонавтов? Об этих и других итогах полёта Фёдора в интервью АиФ.ru рассказал кандидат технических наук, лауреат премии правительства РФ в области науки и техники, исполнительный директор АО «НПО «Андроидная техника» Евгений Дудоров:

— Для чего потребовалось засылать на космическую станцию робота? Ведь туда уже много лет летают космонавты…
Евгений Дудоров: — 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 (КА) 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.

— Как шла техническая подготовка робота?
— Для обеспечения требований безопасности робот был подвергнут доработке. Проведена полная разборка и ревизия механического и электрического оборудования, выполнена замена стоп и манипуляторов, доработан головной модуль, заменено компьютерное оборудование, изготовлены дополнительные крепления и пластик, соответствующий требованиям применения в МКС и др.
Наземное тестирование и настройка выполнены в несколько этапов. На первом этапе Фёдор размещался в кресле «Казбек-УМ», без ложемента, вне корабля, фиксировался ремнями к креслу. Проверялась возможность занятия роботом сопоставимого с космонавтом пространства при полёте на корабле «Союз».
На втором этапе проходила проверка возможности перемещения робота Фёдора через люк бытового отсека, а далее через люк спускаемого аппарата с последующим размещением на борту корабля «Союз» в центральном кресле «Казбек-УМ». Торсовый модуль, педипуляторы и манипуляторы робота Фёдора закреплялись ремнями к креслу «Казбек-УМ».
На этом этапе рассматривался принципиальный вопрос осуществления миссии, проверялась возможность технического перемещения робота между отсеками корабля и МКС.
На третьем этапе РКК «Энергия» было изготовлено специализированное кресло для размещения робота Фёдора, на котором были проведены испытания на вибростойкость (виброустойчивость) в двух вариантах: 1) тестирование конструкции и узлов робота FEDOR без включения; 2) тестирование конструкции и узлов робота FEDOR во включенном состоянии. Перед выполнением данного испытания многие говорили, что робот разрушится на стенде и все последующие работы выполнять не будем! Однако мы верили в надёжность нашей разработки, и робот не подвёл, выдержал весь спектр нагрузок, которые достигали 4-5G. Отдельно проводились испытания на электромагнитную совместимость с оборудованием корабля и МКС в соответствии с методикой РКК «Энергия». На этом испытании мы увидели немного повышенный фон электромагнитных помех, пришлось скорректировать электрическое оборудование.

— А как готовили космонавтов? Были ли у них трудности при взаимодействии с роботом?
— В ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю. А. Гагарина» проводилась работа по обучению космонавта Скворцова А. А. способам подключения робота Фёдора и сопутствующего оборудования, настройке, безопасному обращению и управлению роботом в копирующем режиме в соответствии с эксплуатационной документацией на робота Фёдора. А специалисты РКК «Энергия» писали инструкцию по работе с роботом, ведь Скворцову необходимо было за короткое время обучить космонавта Овчинина А. Н., он робота не видел и не знал, как с ним работать.
Обучение Скворцова А. А. проходило на универсальном компьютерном стенде робототехнических систем (УКС РТС), который наша компания разработала для ЦПК в 2018 году. Так как основная задумка предполагаемых экспериментов на МКС заключалась в работе с ручным инструментом, особое внимание уделили взаимодействию манипуляторов робота с различного рода инструментами и приспособлениями. Также уделили особое внимание процессу визуализации данного процесса на шлеме виртуальной реальности. В начале Скворцову не понравилась работа в шлеме виртуальной реальности — проблема в том, что стендовое оборудование с имеющимся робототехническим комплексом не визуализировало картинку в объеме, и было очень сложно определить расстояние до объекта. Ещё Скворцову не очень понравилась работа больших пальцев перчатки задающего устройства копирующего типа. Необходимо было принимать срочные решения и делать доработки, мы все на тот момент понимали, что Скворцов улетает на МКС через месяц. Срочно стали изготавливать шлем виртуальной реальности, проектировать перчатки задающего устройства по лекалам с рук Скворцова. За день до отбытия Скворцова на Байконур в РКК Энергия провели контрольную примерку и тренировку с роботом. Видно было в начале, что космонавт был напряжен, но как только начались работы по управлению, стало понятно, что новое оборудование полностью удовлетворяет его требованиям, вот здесь мы немного вздохнули.

— Какой был план эксперимента?
— Космический эксперимент (КЭ) представлял собой серию сеансов работы робота в копирующем и автоматическом режиме управления. Во время нахождения в «Союзе» робот работал в автоматическом режиме, а во время работы на борту российского сегмента (РС) МКС — в автоматическом или копирующем. Во время сеансов КЭ робот осуществлял движение головным модулем и манипуляторами, захват инструмента, а также произносил аудиофразы.
Количество сеансов: на борту РСМКС — шесть, на борту «Союз МС» — два: при выведении и спуске.
Продолжительность одного сеанса на борту РС МКС: 30-110 минут.
Продолжительность одного сеанса на борту «Союз МС»: 20 минут.
Подключение робота Фёдора к системе информационно-логического сопряжения корабля «Союз МС-14» не выполнялось. Электропитание обеспечивалось от отдельных аккумуляторных батарей от костюма Орлан. Так пришлось сделать для ускорения процесса подготовки робота, в противном случае потребовались бы согласования различного рода протоколов обмена между роботом и кораблем, а также между роботом и МКС. Единственное устройство, которое подключалось к системам корабля, — это гарнитура для речевого взаимодействия. При этом данное устройство является штатным, и мы его интегрировали в головной модуль робота.
На этапе старта и выведения корабля «Союз МС-14» на орбиту функциональность робота была ограничена видеофиксацией полета, выполняемой с помощью видеокамер, расположенных в модуле головы, движениями головного и шейного модуля, а также режимом речевого интерфейса, необходимого для информирования ЦУП обо всех стадиях полёта.
Примерный перечень речевого информирования:
— Робот определял момент старта РН при значении перегрузки больше Nx = 0,2g. В этот момент робот начинал отсчет времени полета Tп. Также робот выдавал голосовое сообщение «Готов! Поехали!»
— В момент времени Tп = 20 с робот выполнил проверку значения перегрузки Nx = 1,5±0,2 g. Далее робот выдавал голосовое сообщение: «20-я секунда полета, зафиксирована перегрузка g».
— В момент времени Tп = 65 с робот выполнял проверку значения перегрузки Nx = 2,2±0,2 g. Далее робот выдавал голосовое сообщение: «65-я секунда полета, зафиксирована перегрузка g».
И т. д.
— В момент времени Tп = 520 с робот выполнил проверку значения перегрузки Nx = 3,25±0,2 g. Далее после Tп = 525 с, когда значение перегрузки уменьшилось ниже Nx = 0,2 g, робот выдал голосовое сообщение: «-я секунда полета, зафиксировано отделение корабля».
— Далее робот определил наступление невесомости по значению ускорения по всем осям, близкому к 0 м/с2. При этом робот выдал голосовое сообщение: «Зафиксирована невесомость».
Первоначально стыковка пилотируемого транспортного корабля (ТПК) «Союз МС-14» с модулем МИМ-2 («Пирс») была запланирована на 24 августа с расчетным временем касания 8:30:41. Однако из-за нерасчетного функционирования радиотехнической системы измерения параметров относительного сближения «Курс» на модуле МИМ-2 на участке причаливания ЦУПом была выдана команда на «Увод» корабля с прекращением режима. Главной оперативной группой управления (ГОГУ) полетами было принято решение о повторной стыковке ТПК «Союз МС-14» к агрегатному отсеку служебного модуля («Звезда») 27 августа, расчетное время стыковки 6:11:54. На момент принятия решения на стыковочном узле агрегатного отсека находился пилотируемый транспортный корабль «Союз МС-13». Поэтому экипаж корабля «Союз МС-13» 26 августа в ручном режиме выполнил перестыковку с агрегатного отсека на модуль МИМ-2, освободив стыковочный узел агрегатного отсека для ТПК «Союз МС-14». 27 августа ТПК «Союз МС-14» штатно в автоматическом режиме пристыковался к узлу агрегатного отсека служебного модуля.
Эти изменения первоначальной программы полета никак не повлияли на операции с роботом Skybot F-850 в МИМ-2.

— Что делал робот на МКС, какие задачи выполнял?
— После разгрузки «Союза» космонавты отключили электропитание робота Фёдора (кнопка вкл./выкл. расположена на торсовом модуле), аккумулятор не отсоединяли, сняли фиксаторы и переместили робота через люк в МКС, при этом выпрямляя все оси робота в исходное положение «стоя» (при отключенном электропитании приводы робота Фёдора податливы и могут вращаться вручную).
После перемещения робота в РС МКС и для исключения его свободного перемещения по РС МКС, произведена фиксация робота удерживающими ремнями.
На выполнение экспериментов изначально было отведено три дня — 29, 30 и 31 августа, в каждом из дней было отведено 2-3 часа на работу космонавтов с роботом. Все работы выполнялись в копирующем режиме, оператором выступал Скворцов Александр Александрович, поддержкой и взаимодействием с роботом занимался Овчинин Алексей Николаевич.
В первый день проведена работа по включению робота и подключению задающего устройства копирующего типа (ЗУКТ). С ЗУКТ всё получилось очень быстро, с роботом возникли вопросы. Во время нажатия кнопки для подачи питания не происходил процесс подключения, пробовали несколько раз, всё никак. Было предположение, что проблема в кабеле: либо низкий заряд аккумулятора. Уже хотели его заменить, однако потом удалось найти проблему — необходимо было нажать кнопку немного посильнее.
А далее началось всё самое интересное — работа в копирующем режиме, что, собственно, и является одной из научных задач. В копирующем режиме космонавт выполнил отработку нескольких сценариев управления:
— Стыковка и расстыковка штекерного разъемов;
— Захват и работа с шуруповёртом;
— Работа с ручным инструментом (отвёртка, фонарик и др.);
— Протирка оптических поверхностей специальной губкой;
— Имитация процедуры шлюзования;
— Взаимодействие робота и космонавта (Овчинин А. Н.) при выполнении ремонтных операций;
— Видеопоздравление робота FEDOR с началом учебного года.

Технология копирующего управления примерно одинаковая для всех экспериментов и выглядит так: Космонавт Скворцов А. А. надевает на себя ЗУКТ в модуле СМ, космонавт Овчинин А. Н. подключает ЗУКТ к роботу и подает питание (нажимает кнопку), система готова к работе, при этом визуально осуществляет контроль состояния робота в модуле МИМ2. Управляя роботом в режиме копирования, космонавт выполняет поставленные задачи.
Выполняемые эксперименты позволили сделать несколько предварительных выводов, о том, что копирующее управление на земле и в невесомости имеют различия. На земле оператор чувствует опорную поверхность и очень быстро (менее одной минуты) адаптируется к управлению. В космосе этот процесс сложнее. Когда Скворцов А. А. начинал управлять роботом, были видны рывки и дёрганья, мне даже писали сотрудники Роскосмоса и спрашивали, что с роботом. Но с роботом было всё в порядке. Космонавт, не чувствуя опорную поверхность, дольше (4-6 минут) адаптируется к управлению, он ищет удобное положение и «якорится» ногами. Эти данные бесценны и позволят внести существенные корректировки в систему копирующего управления.
Дополнительно в автономном режиме проходило речевое взаимодействие космонавтов и робота, при этом космонавты задавали различные вопросы, а система речевого интерфейса оперативно выдавала ответы. Такие системы часто называют Чат-бот. Система хотя и находится на стадии разработки, однако отработала штатно с высоким уровнем распознания и достоверности. Лучше речевое взаимодействие получилось у Овчинина А. Н. — робот ответил на все задаваемые вопросы. Со Скворцовым А. А. получилось, что Федор отвечал немного уклончиво, не в тему. Скорее всего, повлияли шумы, которые фоном постоянно присутствуют на МКС.
Четвёртого сентября Фёдора усадили обратно в кресло «Союза», подключили электропитание и перевели в ждущий режим. После расстыковки корабля робот фиксировал все этапы полёта к земле — как видео на камеры, так и действующие нагрузки по датчикам инерциальной системы.
Сейчас ещё рано говорить о результатах научной части экспериментов, для этого потребуется проанализировать весь спектр зафиксированной информации. Однако точно стоит сказать, что космический эксперимент успешно выполнен. Мы уже на данный момент видим, в каком направлении нам стоит сосредоточить свои усилия для разработки робототехнических комплексов, способных работать в космическом пространстве и на поверхности других планет.