Пока вернувшаяся на Землю спускаемая капсула космического корабля »Союз-ТМА» лежит на боку, со стороны днища к ней лучше не приближаться: слишком опасно для человека излучение ее высотомера.
Интересно, что это устройство — близкий родственник и роботов, которые участвовали в ликвидации последствий аварии в Чернобыле, и современных роботизированных платформ, стоящих на вооружении МЧС и армии, готовых встретить вызовы и холодного космоса, и морских глубин, и радиации.
Роман Фишман
7 января 2019 10:00
Космос. «Кактус» и потомки
За три года после полета Гагарина в космосе побывали еще пять человек, а 12 апреля 1964 года состоялся первый полет многоместного корабля «Восход-1», экипаж которого оставался без скафандров.
Это произошло не ради рекорда: для размещения в капсуле сразу трех космонавтов конструкторам пришлось отказаться и от скафандров, и от катапульт, с помощью которых совершали мягкую посадку прежде.
Вместо этого на «Восходе» установили выдвижной щуп примерно метровой длины, который упирался в поверхность и включал тормозящие двигатели, гасившие вертикальную скорость.
Конструкторы понимали рискованность такого временного решения: при посадке на воду, снег или деревья да и просто при быстром горизонтальном движении щуп мог не сработать и не запустить двигатели в нужный момент.
Поэтому уже с 1965 года инженеры из Ленинградского политехнического института (ЛПИ) работали над новой надежной системой определения высоты и управления мягкой посадкой, впоследствии получившей ироничное название «Кактус».
Для измерения высоты в таких инструментах используется небольшой источник гамма-излучения.
Его фотоны свободно проходят сквозь воздух, частично отражаются от подстилающей поверхности и возвращаются на приемник, регистрирующий самые мизерные изменения сигнала и вовремя запускающий тормозную систему.
После успешных испытаний «Кактус» начали устанавливать на пилотируемые «Союзы».
С 1966 года и до сих пор система модернизируется и используется вместе с ними.
Такому высотомеру не мешают ни обшивка ЛА, ни плазма раскаленного воздуха, он всепогоден и помехоустойчив.
Его развитием стали система «Квант», обеспечившая мягкую посадку советским лунным зондам, и система «Арс» для стыковки на орбите.
Однако принцип действия фотонной техники оказался куда шире даже космоса. В 1968-м работавшая над ней команда Евгения Юревича образовала отдельное ОКБ Технической кибернетики (ТК), и в последующие годы здесь были созданы фотонные системы для ракетной техники и авиации и даже для наземных объектов.
Сегодня анализ гамма-лучей позволяет установить состав жидкостей и газов, десантировать бронетехнику, вести мониторинг атмосферы и океанов, контролировать государственную границу и полет самолетов на сверхмалой высоте.
Телекоммуникационные спутники «Ямал» используют фотонные системы для мониторинга условий работы бортовой аппаратуры.
«Кадет»
Разведка в городской застройке, осмотр транспорта, обследование помещений.
Масса: 2,5 кг, грузоподъемность: 2 кг
Скорость: до 1,5 м/с
До 1 ч. в движении и до 4 ч. в режиме наблюдения
Препятствия: уклоны до 20°, уступы до 15 см
Сброс с высоты до 5 м
Радиация. «Антошка» и другие
В это трудно поверить, но полвека назад СССР был пионером в освоении промышленной робототехники.
Еще в 1972 году Государственный комитет по науке и технике принял постановление «О создании промышленных роботов в СССР».
Главным конструктором программы был выбран Евгений Юревич, в ОКБ которого уже имели опыт создания и систем управления, и роботов разного назначения.
Был подготовлен план действий, и вскоре ленинградские инженеры создали больше десятка роботизированных станков и манипуляторов.
Самым массовым из них оказался МП-9С, предназначенный для работы с прессами холодной штамповки: в 1982-м выпуск робота был налажен на Волжском автозаводе.
В те же годы впервые в мире была реализована модульная схема устройства машин, столь популярная в наши дни. Предполагалось, что унификация модулей охватит всю промышленную робототехнику СССР и государств СЭВ.
Однако в силу недостатков советской экономики, да и просто из-за политических причин промышленные роботы не получили распространения в нашей стране, так что к концу 1970-х эта область почти исчезла.
Даже в Центральном научно-исследовательском и опытно-конструкторском институте робототехники и технической кибернетики (ГНЦ РФ ЦНИИ РТК), как теперь называется бывшее ОКБ ТК, признают, что позиции на обозримую перспективу фактически утрачены.
Но это еще не означает, что у института не осталось разработок мирового уровня.
В 1986 году, после катастрофы на Чернобыльской АЭС, уборку радиоактивной пыли и разведку самых опасных развалин производили аппараты, сконструированные в Ленинграде.
Тут совпало все: и опыт работы с радиацией, и технический задел, и даже «модульный подход», благодаря которому инженерам удалось за пару месяцев создать полтора десятка специализированных систем и отправиться с ними в Припять для ликвидации последствий взрыва.
РТК-05
Радиационная разведка и поиск источников излучения на труднодоступной местности и в помещениях.
Размеры: 148×65 х 80 см, масса: 270 кг
Грузоподъемность манипулятора: 10 кг
Скорость: до 1,8 км/ч
Обнаружение источников мощностью от 0,00003 до 1000 Р/ч
В перспективе на робот могут устанавливаться модули химической разведки
Среди этих машин были первые в СССР, а возможно, и в мире, колесные и гусеничные платформы с дозиметрами и камерами и даже тяжелые транспортные машины и бульдозеры с дистанционным управлением.
Один из них — тяжелый «Антошка» (ТР-Г1) с подъемным ковшом — участвовал в очистке кровли от комков рубероида, пропитанных опасными нуклидами.
Другой был отправлен под развалины четвертого энергоблока и передавал оттуда информацию почти сутки, прежде чем отказала его электроника.
В результате экстремальные роботы стали одной из главных специализаций института.
Представители третьего поколения колесных платформ, апробированных в Чернобыле, использовались в 2000 году в Грозном для поиска пропавших с местного химкомбината радиоактивных образцов.
Еще более совершенный робот радиохимической разведки «Берлога-Р» в 2005 году приняла на вооружение российская армия.
Глубина. «Краб» и субмарины
Непростую судьбу промышленной робототехники разделили и некоторые космические разработки института — такие как автоматизированный манипулятор для системы «Буран», так навсегда и оставшийся в институте, или робот «Циркуль», который должен был работать на внешней обшивке МКС, самостоятельно перебираясь по креплениям и тросам.
Его более совершенный потомок, фигурирующий пока что лишь под сухим названием «космическая транспортно-манипуляционная система», уже готов для работы на перспективном модуле «Наука» и ожидает его отправки на орбиту.
К сожалению, создание этого блока для станции превратилось в один из самых известных долгостроев российской космонавтики.
Но работа над этими проектами продолжается вовсе не впустую.
«Фактически единственная крупная компетенция, которой мы не обладаем сегодня, — это беспилотная авиация», — рассказал «ПМ» директор и генеральный конструктор ГНЦ РФ ЦНИИ РТК Александр Лопота.
На полках в его кабинете чернеют хищные силуэты моделей подлодок: еще в первые годы существования института здесь создали систему удаленного управления манипулятором для глубоководного исследовательского робота «Краб-02» через телевизионный канал.
Его развитием стала серия все более совершенных систем для подводных аппаратов семейства «Манта».
Их манипуляторы работали на глубине до шести километров («Манта-6», 1974−1977 годы), и до сегодняшнего дня в институте робототехники продолжают активную работу в интересах океанологии и ВМФ.
«На сегодняшний день мы не можем конкурировать с мировыми производителями промышленных роботов, такими как Kuka или Kawasaki, или с создателями беспилотников, — говорит Александр Лопота.
— Но в областях своей компетенции мы готовы выступать на самом серьезном уровне… К тому же опыт показывает, что на простом копировании чужих решений далеко не уедешь.
Китай, конечно, достиг весьма впечатляющих результатов в догоняющем развитии и сократил разрыв со странами-лидерами.
Но Германия с ее «индустрией 4.0″ остается даже для Китая совершенно недостижимой.
Поэтому я убежден, что надо не копировать, а искать собственные пути и рынки для развития, свои океаны. И сегодня для нас это сервисная робототехника: медицинская, военная и, конечно, специальная, экстремальная».
Считается, что термин «экстремальная робототехника» ввел в русский язык основатель РТК Евгений Юревич, и до сих пор она остается главным коньком петербургского института.
«Капитан»
Разведка и наблюдение, досмотр транспорта, обследование помещений, поиск и обезвреживание взрывных устройств.
Гусеничное шасси изменяемой геометрии
Масса: 35 кг, грузоподъемность: 20 кг
Грузоподъемность манипулятора: 8 кг
Скорость: до 5,4 км/ч
Препятствия: уклоны до 30°, снег до 10 см, ступени 15 см
До 3 ч. в движении и до 6 ч. в режиме наблюдения
Экстремалы. «Капитан» и команда
Сегодня собрать колесную платформу с камерой и дистанционным управлением — задача уровня школьного кружка робототехники.
Но сделать ее надежной, способной работать при экстремальных температурах, в снегу, под ливнем радиации и сегодня остается почти искусством.
Еще сложнее наделить машину способностью принимать некоторые решения самостоятельно, учитывая изменения внешних условий.
«Роботы по самой своей сути должны быть автономны и когда-нибудь станут полностью самостоятельными, — говорит Александр Лопота.
— В этом направлении мы продвинулись достаточно далеко, прежде всего в плане компьютерной навигации и машинного зрения».
Современные экстремальные роботы института, такие как «Капитан», способны самостоятельно анализировать обстановку и выбирать маршрут в случае потери связи, а при необходимости сами вернутся на «базу».
Не отстают от них и новые возможности оператора: его рабочий экран теперь может использовать дополненную реальность, отображая положение машины в пространстве, состояние ее подсистем при работе вне пределов видимости.
«Капитан» — это, конечно, один из любимых проектов, — продолжает Александр Лопота.
— У нас получился чрезвычайно эргономичный и эффективный робот на гусеничном шасси, с унифицированной системой управления и возможностью быстрого размещения разной полезной нагрузки с помощью удобных разъемов».
От «Капитана» линейка специальной робототехники РТК развивается вплоть до компактных разведчиков «Скарабей» и «Юла».
«Юла-Н»
Разведка в условиях сложной застройки, обследование помещений.
Масса: 0,7 кг,
грузоподъемность: 0,3 кг
Скорость: до 1,4 км/ч
Сброс с высоты до 15 м
Препятствия: уклоны до 20°
До 2 ч. автономной работы
Но ключевые усилия разработчиков направлены на совершенствование систем управления как самими роботами, так и целыми их группировками, в том числе на большом удалении.
Продолжается серия космических экспериментов «Контур» для отработки взаимодействия с техникой на экстремально больших расстояниях с учетом задержек в передаче сигнала, которые неизбежны при взаимодействии с аппаратом на орбите, а тем более на Луне и далеких небесных телах.
Постепенно роботы уверенно берут на себя все большую часть управления своими действиями, и Александр Лопота уверен, что ничего опасного в этой тенденции нет.
«Не нужно бояться передать решение роботу, нужно бояться плохих алгоритмов и нечетко прописанных правил, — добавляет конструктор.
— А принципы мы чтим: робот не должен навредить человеку
— и именно над этим мы и работаем».
pcnews.ru/
