Восстание машин отменяется! Мифы о роботизации - Дэвид Минделл

Артур Уиппл, инженер-разработчик систем как для автоматической операции обслуживания, так и для традиционной с участием людей, заключил, что, невзирая на все усилия по автоматизации процесса, «узел, который спроектирован так, что его сложно установить, нельзя упростить, как бы отчаянно вы над этим ни работали». Было сложно представить, что робот сумеет проникнуть внутрь корпуса «Хаббла» тем же образом, как это делал Хоффман, поэтому команда Центра Годдарда в итоге решила установить новые гироскопы на наружной стороне одного из блоков съемочных камер. Также они заключили, что в целом правильно при проектировании предусматривать возможность замены оборудования при помощи робота, то есть устанавливать его снаружи космического аппарата с возможностью простого доступа и демонтажа. Что хорошо для роботов, то хорошо и для людей; что затруднительно для людей, то, как правило, гораздо труднее сделать роботу.

Годдардовцы спроектировали набор экзотических инструментов для открывания створок, их фиксации в открытом положении и для размещения других инструментов. Позже эти приспособления были адаптированы для использования людьми. В полет по последней программе обслуживания, SM4, отправились не только семеро членов экипажа, но еще и 66 ремонтных инструментов, использовавшихся в предыдущих программах. Кроме них имелось более сотни полностью новых инструментов, изначально разработанных для роботов.

Один из этих экзотических инструментов просто крепился на сам аппарат. Инженеры NASA хотели заменить электрические платы глубоко в «потрохах» орбитального телескопа, но возможность ремонта этих плат, в отличие от замененных ранее элементов, не была изначально предусмотрена. Для их замены надо было вывернуть десятки маленьких винтиков. Работая над программой автоматического ремонта, инженеры из Центра имени Годдарда придумали специальную пластину-уловитель, которая крепилась на обшивке «Хаббла». В полете по программе SM4 она позволила астронавтам удалять винты так, что те не улетали прочь, и не попасть снова в ситуацию «великой охоты на винтик». Благодаря этому команда ремонтников сумела выполнить серьезную операцию по замене оборудования, которая потребовала выворачивания более чем сотни винтов, а затем удалить всю пластину-уловитель как единое целое вместе с уловленными ею мелкими деталями. «Проектирование и испытание инструментов для роботов заставило нас по-новому взглянуть на значение специализированных приспособлений для людей», – говорит Уиппл.

Программа SM4, выполненная в ходе миссии STS-125, оказалась наиболее плодотворной из всех программ обслуживания телескопа имени Хаббла. И как минимум отчасти ее успеху способствовали инструменты, созданные для роботов. Также в процессе этой миссии случилось несколько непредвиденных ситуаций, с которыми роботам было бы непросто справиться. Например, однажды астронавт Майк Массимино удалял ненужный поручень, и оказалось, что у одного из удерживавших его болтов сорвалась резьба. Удалить болт при помощи ручного инструмента не получалось. Немного помешкав, Майк просто оторвал весь поручень.

Сопоставляя пилотируемую и автоматическую программы обслуживания, команда Центра Годдарда оценила разницу во времени: автоматическая программа должна была длиться 73 дня, их них 61 день продолжалось само обслуживание. Ее пилотируемый аналог продлился лишь 13 дней от запуска до посадки, при этом работы на «Хаббле» заняли 6 дней.

Уиппл подчеркивает, что обслуживание силами людей эффективно, но ограничено во времени, тогда как автоматические программы могут длиться дольше и не иметь столь жестких ограничений. Задержки в линиях связи еще больше замедляют процесс за счет того, что цикл действия и восприятия реакции на него в каждой удаленной манипуляции посредством роботов особенно растягивается. Уиппл обнаружил тонкую взаимосвязь между факторами стоимости, сложности, необходимого времени и фактором «действующего лица» – робота или человека. Согласно ему, это «совокупность, непрерывная и развивающаяся в направлении от производимой людьми внекорабельной деятельности к использованию автономных роботов».

Как бы ни впечатляла нас история программ обслуживания «Хаббла», по сути, они были механическими операциями, не так уж сильно отличающимися от задуманной еще фон Брауном регулярной замены фотопленки. Уникальные возможности людей обусловлены их ловкостью в выполнении механических манипуляций в сочетании со способностью человека воспринимать физические условия, в которых находится его тело. Но выявленный исследователями из Центра Годдарда фактор времени связывает программы ремонта объектов в космосе с гораздо более широкими аспектами нашей исследовательской деятельности.

Ведущий исследователь проекта Mars Exploration Rover (MER)[17] Стивен Сквайерс часто упоминает о безнадежно медленном темпе, в котором у них идут работы. «Потребовалось четыре года, чтобы выполнить недельный объем полевой съемки! – пишет он. – Все продвигалось просто мучительно медленно». И в этом его мнение перекликается с мнением Уиппла по поводу программ обслуживания «Хаббла»: роботы медлительны, особенно если принять во внимание естественные задержки сигнала при операциях в далеком космосе (в случае «Хаббла» речь шла о секундах, для Марса задержка составляет 20 минут[18]). Ученые, в частности полевые геологи, отстаивают точку зрения, что человек, взаимодействуя с исследуемой средой в реальном времени, имеет возможность по-настоящему глубоко вникнуть в ее сущность.

Фактор времени, таким образом, отсылает нас через Луну и Марс к полевой геологии – отрасли науки, которой Боб Баллард учился при помощи своего «Элвина» и дистанционно управляемых подводных аппаратов – как к области, где и люди, и роботы играют свои роли в космических исследованиях.

Кип Ходжес, директор и основатель Школы земных и космических исследований при Университете штата Аризона, – опытный полевой геолог. О своей работе он говорит так: «Она лучше всего выполняется одним или двумя геологами, которые работают в поле сами по себе», перемещаясь по местности, отрабатывая многочисленные гипотезы, которые развиваются в процессе исследования, когда ученые останавливаются для изучения найденных образцов и корректируют свой план в соответствии с новой информацией. Конечная цель работы геолога – построение геологической карты, которая обуславливала бы правдоподобные версии геологической истории изучаемой области. Кип подчеркивает, что характерная черта геологии как науки заключается в том, что «она полагается на творческое мышление больше, чем на выполнение действий по правилам». С точки зрения Ходжеса, выполнять работу полевого геолога «автономные роботы, кажется, не в состоянии».

Ирония заключается в том, что эта наука, занимавшая ведущее место в исследовании, как правило, географически удаленных территорий, оказалась в сложном положении в XX веке. Историк Наоми Орескис указывает, что американские геологи десятилетиями отвергали теорию тектоники плит отчасти по той причине, что она ставила под угрозу любимые ими практические методы полевой геологии. Крупномасштабные теории вроде этой основывались на расцвете методик лабораторных исследований и наук, оперирующих количественными характеристиками. Выбор между различными базовыми теориями для полевых геологов был во многом выбором между двумя различными образами жизни. Здесь же коренится успех, которого Боб Баллард добился в своих геологических исследованиях под водой при помощи «Элвина» (и с этим же связано нежелание геологов в последующем работать в океанских глубинах посредством удаленного присутствия, при помощи роботов, передающих большие объемы данных).

Несмотря на невыразимый словами, интуитивный характер полевой геологии, именно эта отрасль науки добилась самого блистательного успеха в рамках программы. Этот успех стал плодом сотрудничества астронавтов и геологов, которые обучали и тренировали их. Отработав посадку своего аппарата на Луну, астронавты, готовившиеся по программе «Аполлон», начинали уделять бо́льшую часть времени тому, что собирались делать непосредственно на поверхности естественного спутника Земли. Они с головой уходили в тренировки по геологии, сотрудничая с геологами и планетологами, чтобы усвоить принципы практической геологии. Астронавты получали достаточно знаний, чтобы претендовать на ученую степень магистра в полевой геологии, и очень серьезно относились к своей работе. Выполненные ими впервые в истории съемки маршрутов на Луне остаются уникальными примерами работы человека на иной планете.

NASA отдало должное этому изменению, когда для заключительного полета на Луну по программе «Аполлон» «Аполлона-17» отстранило от работы опытного летчика-испытателя, заменив его на еще не летавшего в космос Харрисона Шмитта, который имел ученую степень доктора в области геологии[19]. Похоже было на то, что включение ученого в экипаж «Аполлона-17» стало милостью, оказанной научному сообществу, признанием важности его вклада, а также своего рода «квантовым скачком» в качественных возможностях научной работы. Так или иначе Национальная академия наук США и другие группы, поддерживавшие это изменение в составе экипажа, встретили включение в него Шмитта овацией.