Восстание машин отменяется! Мифы о роботизации - Дэвид Минделл

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.

Но не все ученые разделяли этот всплеск радости – был как минимум один имевший непосредственное отношение к исследованиям Луны геолог, который считал это событие недобрым знаком. По его мнению, Шмитт, поработав на Луне, сделал несколько скоропалительных выводов, и, с его точки зрения, предпочтительнее выглядела работа астронавтов, которые вышли из рядов летчиков-испытателей: имея подготовку на уровне магистра, они работали в манере лаборантов или хорошо подготовленных аспирантов. Астронавты были глазами и руками наземной команды ученых, не пытаясь самостоятельно выносить суждения в области науки. «Хорошо обученный астронавт может говорить о тех же вещах, что и хорошо обученный геолог. Но все прочие астронавты гораздо лучше следовали плану, и их действиями было проще управлять».

Этому участнику научной команды астронавты виделись в той же роли, что и ремонтники «Хаббла», закрепленные на конце руки-манипулятора шаттла: мобильные «глаза» и «руки» на местности, привязанные к цепочке экспертов, которые с их помощью видят и действуют. На самом деле Ходжес, который все еще работает вместе со Шмиттом, описывает работу по программе «Аполлон» как «в основном связанную с телеуправлением», поскольку «закулисная команда ученых использовала астронавтов как инструменты для получения и проверки данных, которые подвергались анализу здесь, на Земле».

Джим Хид, геолог из Университета Брауна, обучал астронавта Дэйва Скотта полевой геологии для полета на «Аполлоне-15». Хид подчеркивает, что немаловажно было также давать астронавтам «волю» и возможность принимать самостоятельные решения. Критически важно было все делать вовремя, и ограниченность времени в сочетании с постоянно нависающей необходимостью добиться поставленных целей означала, что люди должны были знать достаточно, чтобы быстро работать и перемещаться по лунному ландшафту (конечно, спешка была вызвана в том числе самим присутствием людей, располагавших ограниченными ресурсами систем жизнеобеспечения).

Правильнее представлять себе не отдельных людей, которые сами по себе блуждали по Луне, а астронавтов как часть исследовательской системы. В проекте «Аполлон» они связывались по радио со своим коллегой, остающимся на орбите Луны, а также с Центром управления полетом в Хьюстоне. Они ездили на лунном ровере, который был оснащен телевизионной камерой с передатчиком, способным транслировать телесигнал непосредственно на Землю. В наиболее поздних полетах, кстати, наземный оператор получил возможность управлять наклоном и поворотом камеры и таким образом следить за работой астронавтов (с помощью этой камеры даже выполнили съемку момента, когда астронавты в лунном модуле стартуют в обратный путь домой).

От использования дистанционно управляемой камеры на самом деле оставался лишь маленький шажок до осознания того, что наземная команда может управлять движением самого ровера-планетохода через тот же самый канал связи. Вообще-то в 1970-х годах Советский Союз запустил на Луну два ровера, известных как луноходы, и они дистанционно управлялись при помощи джойстиков с наземных станций. Сравнительно малая задержка в передаче сигнала между Землей и Луной – всего несколько секунд – дает возможность широко использовать операции такого типа в лунных условиях. И все же NASA так и не послало туда телеуправляемый самоходный аппарат (хотя сейчас есть проекты с частным финансированием, направленные именно на это).

Описанный спектр аспектов лунной полевой геологии – от ученых-исследователей и астронавтов-лаборантов до дистанционно управляемых почти в реальном времени планетоходов – наводит на вопрос: какой тип присутствия людей требуется, чтобы вести научные исследования на других планетах?

Поиск ответа на этот вопрос мы начнем с мысленного эксперимента. Давайте вспомним, какую территорию охватила деятельность астронавтов на Луне вне корабля во время полета «Аполлона-17»: суммарная продолжительность трех выходов составила 22 часа, и за это время они преодолели около 35 км. Если бы это расстояние было пройдено по одной большой окружности, то охваченная площадь составила бы около 100 кв. км2.

Теперь представим себе лунного робота-«прыгуна». Джефф Хоффман, который уже уволился из отряда астронавтов и преподает в Массачусетском технологическом институте, не так давно работал над проектами подобных машин. Импульсы тяги от небольшого ракетного двигателя могут подбрасывать такого робота, заставляя его совершать «прыжки» над лунной поверхностью. Поскольку на Луне сила тяжести мала и составляет одну шестую от земной, такие прыжки могут покрывать многокилометровые расстояния.

Пусть в нашем мысленном эксперименте лунная экспедиция стартует с Земли и представляет собой садящийся на Луну аппарат-контейнер, в котором находятся два таких робота. После прилунения первый «прыгун», который специально оснащен для картографирования местности, отстыковывается и прыжками окаймляет зону площадью 100 кв. км. Установленные на нем камеры высокого разрешения, лидары, спектрометры и другие датчики выстраивают карту поисковой территории. Робот записывает оптические снимки, топографический профиль, выполняет другие измерения в высоком разрешении с точностью до миллиметров. Бортовые компьютеры обрабатывают все данные для их отправки на Землю через телеметрический канал, а в хьюстонском Центре управления полетами опытные специалисты по цифровой картографии собирают из них поисковую карту миллиметрового масштаба.

Затем эта информация предоставляется команде геологов, которые в течение нескольких последующих месяцев изучают весь массив данных в привязке к топографической карте территории на экранах своих компьютеров. Они используют очки виртуальной реальности или специальные комнаты виртуального погружения, которые позволяют имитировать перемещение по местности. Поскольку данные имеются в мельчайших подробностях, ученые могут виртуально «останавливаться» на интересующих их участках для детального изучения (хотя, конечно, у них не получится переворачивать пинком камни). Ученые работают совместно и имеют возможность останавливаться и подробно обсуждать, что именно они видят и куда им лучше направиться дальше.

Несколько месяцев спустя команда ученых суммирует свои выводы и определяет интересующие их участки в пределах поисковой территории. Они разрабатывают план отбора образцов и предоставляют его инженерной группе, которая переводит их в набор инструкций, планов и траекторий перемещения для «прыгуна» номер два, который все это время спокойно ожидал своей очереди, сидя на поверхности Луны.

Задача этого «прыгуна» – не съемки, а бурение, соскабливание, дробление молотком и забор проб. Получив программу на исследование, допустим, ста точек, привязанных к поисковой карте, построенной его компаньоном, второй «прыгун» начинает работу и за несколько дней методично отбирает образцы грунта и камней, возвращая их на основной аппарат.

В аппарате-контейнере набор лабораторных инструментов проводит расщепление и анализ полученных проб. Более совершенный вариант может даже сортировать образцы, заключать их в защитные капсулы и загружать в маленькую ракету, которая потом стартует с Луны и доставит их на Землю (как это делали советские станции серии «Луна» в 1970-х годах).

Вся программа исследований занимает от трех до шести месяцев – это намного дольше, чем те три дня, в течение которых «Аполлон-17» оставался на поверхности Луны.

Я не хочу здесь продвигать идею или проект подобной программы, хотя она вполне реальна с точки зрения современных технологий. Этот мысленный эксперимент был поставлен затем, чтобы задать себе вопрос: что же именно астронавты на Луне делали такое, что было бы недоступным для геологов на Земле, изучающих трехмерные модели сверхвысокой детализации? Они могли воздействовать на грунт? Пользоваться преимуществами «владения ситуацией» и «реального присутствия»? Взаимодействовать со средой в реальном времени? Давайте посмотрим на фактический опыт работы про программе Mars Exploration Rover – он поможет нам ответить на эти вопросы.