ПРОГРЕСС ВКД: КОСМОНАВТ И/ИЛИ РОБОТ

© Д.В.Бабайцев, О.С.Цыганков
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2012 г.

Внекорабельная деятельность (ВКД) является неотъемлемой состав-ляющей в практике эксплуатации орбитальных станций. Однако, достигну-тый и установившийся стабильный уровень эффективности ВКД, вполне обеспечивающий решение эксплуатационных задач в настоящее время, включая строительство Российского сегмента Международной космиче-ской станции (РС МКС), не будет достаточным для перспективных про-грамм. Непосредственное участие космонавта в техпроцессах ВКД как единственного исполнителя является в то же время определенным ограни-чением для дальнейшей интенсификации работ.

Необходимость качественных изменений труда космонавтов путем интеграции робототехники в ВКД обусловлена не мировым бумом роботи-зации, а объективными причинами:

– технологическим и моральным устареванием техносферы ВКД;

– прогнозом появления новых задач, которые не могут быть эффек-тивно решены существующими средствами.

Космическая робототехническая система рассматривается как от-клик на потребности сборки и летно-технической эксплуатации объектов, как обновленная организационно-технологическая форма деятельности в открытом космосе для замены человека или для сотрудничества человека с роботом. Такой симбиоз ставит на повестку дня традиционную для систе-мотехники задачу – эффективное распределение функций между человеком и робото-манипуляционной системой (РМС).

В этой связи целесообразно рассмотреть историческое и современ-ное содержательное наполнение понятия «робототехника».

Робот – машина с человекоподобным действием (поведением), кото-рая выполняет некоторые функции человека (иногда животного) при взаи-модействии с окружающим миром. В искусстве робот изображается в виде человекообразной структуры, имеющей, в первую очередь, ориентацию на культурно-массовый, непрофессиональный интерес. Антропоморфные ро-боты (андроиды), имитирующие внешний облик и движения человека, ис-пользовались преимущественно в развлекательных, рекламных и демонст-рационных целях. Применение андроидов в промышленном производстве не выявлено. Существуют роботы-манипуляторы, фотороботы, информа-ционные роботы и др.

Роботизация – автоматизация производства на основе замещения людей промышленными роботами в таких технологических процессах, ав-томатизация которых другими средствами невозможна или нецелесообраз-на. В роботизированных технологических комплексах РМС осуществляют все технологические процессы, за исключением функций управления и контроля, сохраненных за человеком. При этом будем иметь в виду, что не каждая автоматическая линия, не любая автоматизированная система, снабженная манипулятором, является роботом.

Перемещение технологического робота может осуществляться по-средством транспортных устройств; посредством грузового манипулятора (рис. 3); собственными средствами – шаганием по реперным точкам или магистральным линиям (в случае существующей орбитальной станции – по поручням).

Учитывая тождественность и аналогичность целевых и технологиче-ских задач космонавта и робота, действующих в общем рабочем простран-стве, контактирующих с одними и теми же объектами инфраструктуры и конструктивными интерфейсами, целесообразно рассмотреть, как органи-зована и обеспечена работа космонавтов на внешней поверхности геоорби-тальной станции, каковы функциональные возможности и способности космонавта в скафандре, которого мы собираемся заменить на РМС и какое воздействие его деятельность оказывает на конструкцию орбитальной станции.

Эффекторами в связке «человек-скафандр» являются только руки. Рука человека за счет только крупных суставов обладает 7 степенями под-вижности. Число степеней подвижности руки человека в скафандре сокра-щается из-за ограничений подвижности в шарнирах скафандра до 4-х.

Как и рука человека, манипулятор – это разомкнутая кинематическая цепь. Известно, что конструктивно обеспечиваемое число степеней под-вижности в манипуляторах достигает 7-8. Следовательно, создаваемая РМС сможет обеспечить объем движений, необходимый для выполнения ряда операций ВКД, реализуемых космонавтом в скафандре.

Технико-эргономические характеристики системы «человек-скафандр» (развиваемые усилия, локомоторика, опорные реакции, подвиж-ность, функциональные зоны, поле обзора) могут служить ориентирами для создания технологической РМС.

Каковы организационно-технологические перспективы применения РМС? Интеграция вновь создаваемой или существующей РМС в средовую обстановку находящихся в эксплуатации объектов (например, модулей РС МКС), предполагает ограниченную отдачу по причине априорно недоста-точной согласованности объектов этой среды с РМС.

Это означает использование РМС в качестве исполнителя для мони-торинга состояния внешней поверхности, транспортировки укладок, пози-ционирования, фиксации блочного оборудования и, главное, исполнения роли (функции) помощника, ассистента космонавта в сложных операциях ВКД.

Проекты новых станций и кораблей будут, по-видимому, содержать единую систему эксплуатационно-технического обслуживания, представ-ляющую собой взаимоадаптированные с технологическим роботом объек-ты инфраструктуры, что и станет основой эффективного использования робототехники.

Наряду с тем, что РМС заменит космонавта в моторных функциях, человек получит еще некоторые преимущества как личность в функциях, которые можно назвать социальными, т.е. избавление от рутинных, одно-образных, механически выполняемых операций в пользу более интеллекту-альных видов труда. Одним их обсуждаемых аспектов проблемы роботиза-ции ВКД является выбор концепции робототехнического устройства: тип андроида или техногенный механизм. По мнению авторов, система, подме-няющая космонавта – это симулякр (simulacres) человека в его функцио-нальной действенности, которому не нужна иррациональная усложнен-ность чисто формальными признаками imag`a человека, отягощение лиш-ними функциями психологической проекции, приоритета, престижа.

Человек, сформировавшийся в условиях планеты Земля, не приспо-соблен к работе в космическом пространстве. Будучи же облаченным в скафандр, он тем более не обладает оптимальными исполнительными спо-собностями, чтобы стать абсолютным эталоном для формирования концеп-ции РМС космического назначения. Не биоморфность, не полное челове-коподобие, а техногенное решение, обеспечивающее выход робота за пре-делы человеческих возможностей или отождествление с ними при выпол-нении рабочих операций, является основным критерием в выборе концеп-ции РМС для ВКД.

Таким образом, представляется возможным кратко сформулировать назначение РМС применительно к ВКД: РМС предназначена для выполне-ния операций ВКД, которые могут быть выполнены без участия космонав-та, а также для помощи космонавту при выполнении тех операций, в кото-рых заменить человека невозможно.