Від Місяця до Марса: як робототехніка прискорює освоєння космосу – колонка
Любомир Демків, керівник відділу робототехніки у SoftServe, в авторській колонці для AIN розповів про можливості висадки на Місяць, її вартість і виклики в робототехніці.
NASA активно працює над технологіями, які дозволять відправити астронавтів на Марс уже у 2030-х роках. Проте перед цим треба буде зробити важливу «зупинку» — на Місяці, який зараз стає полігоном для випробовування нових космічних технологій. Отриманий досвід допоможе не тільки подорожувати до інших планет, а й будувати там перші поселення.
За останні роки Місяць опинився в центрі уваги завдяки таким місіям, як китайські Chang'e-5 у 2020 році та Chang'e-6 у 2024 році, а також індійська Chandrayaan 3: їхній космічний апарат успішно приземлився на Місяці у 2024 році. Зі свого боку США активізували свої зусилля в межах програми NASA «Артеміда», яка має відновити регулярні місії на Місяць до 2028 року — уперше за понад 50 років. Крім цього, приватна компанія Intuitive Machines стала першою, яка успішно здійснила висадку на Місяць. Це означає, що космічні дослідження виходять за межі винятково державних ініціатив.
Однак ці програми значною мірою залежать від розвиненості робототехніки для виконання завдань: від видобутку ресурсів до будівництва інфраструктури. І залежно від того, як роботизовані системи ставатимуть дедалі досконалішими, вони розширюватимуть можливості для майбутніх місій на Місяці.
Вартість космічних місій
Перша місія з відправки людини на Місяць «Аполлон-11» була шалено дорога. За даними The Planetary Society, вартість місії з урахуванням інфляції становила б $3 млрд. З кінця 1969 року по кінець 1972 року на Місяці відбулося ще п’ять висадок екіпажів, з дедалі амбітнішими цілями й досягненнями, включаючи пілотований місяцехід LRV під час останніх трьох місій.
Із часом космічні проєкти стали доступнішими, багато в чому завдяки зниженню вартості обладнання для космічних місій і бюджету для запуску тощо. До того ж відправляти роботів у космос набагато економічно вигідніше й практичніше, ніж космонавтів. Роботи не потребують їжі, сну чи перерв на туалет, можуть перебувати в космосі роками без повернення на Землю та витримувати небезпечні для людини умови. Наприклад, високі рівні радіації чи екстремальні температури. І навіть у цих умовах можуть виконувати завдання, які були б надто небезпечними або неможливими для астронавтів.
Щоб краще зрозуміти характеристики та потенціал Місяця, роботизовані місяцеходи активно досліджують його поверхню. Однак для них вкрита ярами та горбами місцевість надто складна, щоб ефективно збирати дані. Ми наразі працюємо над альтернативним рішенням — вільнолітаючі апарати, або місячні дрони, які мають більшу мобільність для картографування поверхні Місяця. Ці безпілотники на ракетних двигунах можуть літати над місцевостями, де традиційним місяцеходам важко, та збирати точні дані для майбутніх досліджень, зокрема для пошуку корисних копалин.
Використовуючи низьку гравітацію Місяця та відсутність атмосфери, ці дрони можуть долати великі відстані. Система навігації для 70-кілограмового місячного дрона дозволяє економічно ефективно досліджувати Місяць завдяки точному управлінню польотом, плавним посадкам і злетам. Оснащений навігацією на основі технічного зору й алгоритмом SLAM (одночасна локалізація і картографування), він самостійно створює карти місцевості та рухається до заданих цілей. Це все робить місячні місії більш доступними.
Сила моделювання
Для ефективного розвитку космічних технологій інженери покладаються також і на симуляцію. Вона дозволяє тестувати й оптимізувати роботизовані системи в реалістичних віртуальних середовищах, уникаючи високих витрат і ризиків, пов’язаних із випробуваннями в реальних умовах. У своїй роботі ми теж використовуємо підхід simulation-first, коли система розробляється, тестується й перевіряється в симуляції перед проведенням реальних експериментів.
Високоточні моделі імітують поведінку в реальному світі. Це дозволяє досліджувати гіпотетичні сценарії та оптимізувати продуктивність перед створенням фізичних прототипів. Так, наша команда застосувала симуляційний підхід у розробці місячних дронів, моделюючи всю поведінку польоту та візуальну систему наведення на основі SLAM, включаючи всі необхідні датчики. Моделювання місячного рельєфу базувалося на наборах супутникових даних. За допомогою Physical AI (який через датчики взаємодіє з обʼєктами навколишнього середовища та аналізує їх) та інструментів візуалізації інженери згенерували тривимірні хмари точок і зображення, які згодом були скомпоновані в комплексну 3D-мапу середовища.
Основні виклики в робототехніці
За останні три роки понад 40 компаній увійшли в сектор космічної робототехніки, залучивши понад $200 млн венчурного капіталу. Згідно з GlobalData, космічна робототехніка має один із найшвидших темпів зростання інновацій у космічній галузі й трансформує такі сектори, як виробництво, охорона здоров’я і логістика завдяки оптимізації операцій і скороченню витрат.
Однак зростання рівня роботизації супроводжується певними викликами. Робототехніка та промислова автоматизація за своєю суттю є міждисциплінарними і вимагають знань у різних галузях, таких як фізика, інженерія, програмування, а в деяких випадках і хімія. Ми не зосереджуємося лише на одній галузі. Одного дня ми можемо моделювати розподіл температури космічного корабля під час польоту, іншого — оптимізувати роботу промислового пресувального верстата. Команда повинна надавати складні, засновані на дослідженнях рішення, часто в стислі терміни. Нестача кваліфікованих експертів погіршує ситуацію, шукати потрібних спеціалістів у відділ роботехніки складно. Зараз ми маємо кілька вакансій у відділ.
Автор: Любомир Демків, керівник відділу робототехніки, SoftServe
