Чем будут заниматься беспилотники на орбите

На новой Российской национальной орбитальной станции планируют применять роботизированные дроны. Они должны будут помогать космонавтам проводить эксперименты, заменять их во время отсутствия на РОС и следить за техническим состоянием «космического дома».

Разработкой таких летательных аппаратов в инициативном порядке занимаются сотрудники РКК «Энергия». Для развития и поддержки данного направления на предприятии организовали открытый конкурс инженерных команд. В нем приняли участие коллективы из Москвы, Самары, Санкт-Петербурга и Королева.

— В рамках общей концепции РОС сформированы запросы на технологии, которые, возможно, будут востребованы при реализации проекта. Одна из них — это дроны-помощники на станции.

Пока эта конструкторская задача поставлена в общих чертах, без конкретизации их функций, — рассказал «Известиям» куратор конкурса, руководитель Центра развития технологий и инноваций РКК «Энергия» Павел Красноперов.

Как объяснил специалист, предполагается, что в будущем на РОС роботизированные БПЛА возьмут на себя часть вспомогательных функций, что снизит нагрузку на членов экипажа и избавит их от выполнения рутинных обязанностей.

В частности, беспилотники смогут следить за показаниями приборов и контролировать ход научных экспериментов, инспектировать состояние станции и выявлять возможные дефекты в конструкции. Помимо этого, дроны будут способны ассистировать космонавтам во время подготовки и проведения научных экспериментов, производя замеры и снимая исследуемые объекты с разных ракурсов.

Куратор конкурса отметил, что разрабатываемые аппараты не рассчитаны на работу в открытом космосе, поскольку для этого придется значительно усложнить их конструкцию. Это связано с необходимостью защиты технических систем от низких температур, солнечной радиации и других экстремальных космических факторов.

Требования к разработчикам

В целом в зависимости от предполагаемого функционала аппараты могут быть оборудованы разным набором инструментов. В том числе роборуками, динамическими подвесами и другими устройствами. Также может варьироваться комплекс бортовых приборов. Например, датчиками и анализаторами для изучения климата станции, монитором и динамиком — для выполнения роли искусственного собеседника, фильтрами — для очистки «космического дома» от пыли и других микрочастиц.

Однако аппарат не должен быть большим, но его вес будет определять конструкция, исходя из функциональных задач. Также космические условия определили еще ряд специфических требований.

— Принцип движения объекта в условиях микрогравитации таков, что для совершения маневра двигатели должны сначала дать мгновенный импульс на движение, а затем остановить объект таким же, но противоположным по направлению импульсом.

То есть в космосе двигателям не приходится преодолевать силу притяжения Земли, поэтому они могут быть менее мощными и более энергоэффективными, но при этом им нужно постоянно обеспечивать не только перемещение дрона, но и его стабилизацию в пространстве, что требует наличия у аппарата большего количества двигателей, способных обеспечивать его перемещение во всех плоскостях, — сообщил Павел Красноперов.

Он добавил, что для обеспечения безопасности космонавтов и сохранности оборудования на борту РОС должны быть предусмотрены решения, которые исключат возможность повреждения беспилотником приборов или нанесения травм членам экипажа. Поэтому все подвижные элементы конструкции аппарата должны быть защищены, а также предусмотрена активная система поддержания дистанции от экипажа и окружающих объектов.

Также серьезные требования предъявляются к системам управления беспилотниками. Например, они должны работать и в автоматическом, и в управляемом режимах. Причем оператором дрона может быть как космонавт на борту РОС, так и сотрудник Центра управления полетами на Земле. В перспективе предполагается, что БПЛА оснастят программными комплексами с алгоритмами искусственного интеллекта.

Конкурс инженерных команд

Конкурс по разработке беспилотников проходил в течение трех дней. За это время команды спроектировали и изготовили аппараты в соответствии с указанными требованиями. Причем в распоряжении участников были только 3D-принтеры и наборы готовых комплектующих, таких как микросхемы, электродвигатели, винтомоторные группы и тому подобные компоненты.

— Перед участниками конкурса не ставилась цель создать готовое изделие, что невозможно за такие сжатые сроки. Однако важно было, чтобы они раскрыли свой творческий потенциал и сформировали видение решения задачи, — объяснил Павел Красноперов.

В результате определили три лучших проекта. В дальнейшем работы по ним продолжат в составе акселератора РКК «Энергия».

— Если РОС будет работать в режиме посещаемой станции, как планировали, то беспилотники станут актуальны, поскольку при отсутствии экипажа могут возникать ситуации, которые требуют оперативной реакции.

Дроны способны справиться с такой задачей. Также они оправданны при проведении экспериментов, опасных для здоровья космонавтов. Например, в периоды повышенного радиационного фона, связанные со вспышками на Солнце, — прокомментировал «Известиям» разработку инженеров эксперт космонавтики Андрей Ионин.

Однако, добавил он, если на РОС экипаж будет присутствовать постоянно, то целесообразность дронов-помощников сомнительна, поскольку их функции можно заменить другим менее сложным и более адаптированным к условиям станции оборудованием.

Вместе с тем, отметил эксперт, кроме летающих аппаратов, разработчики могут предложить и другие конфигурации беспилотников. Например, устройства, которые передвигаются по стенам или на рельсе. Возможно, такие конструкции будут более эффективны и безопасны для экипажа и бортового оборудования.

Зарубежный опыт

Специалист по космическим аппаратам и руководитель отдела развития компании «Образование будущего» Илья Овчинников рассказал, что американские астронавты с 2006 года испытывали на борту на МКС дроны проекта Sphere («Сферы»). Эта система из трех аппаратов с 18 гранями, массой 4 кг и диаметром 21 см.

Для перемещения внутри станции они использовали реактивные мини-двигатели с холодным углекислым газом и ультразвуковые маяки для ориентации. Беспилотники могли выполнять операции по отдельности и в составе роя.

В 2019 году им на смену пришли три дрона кубической формы проекта Astrobee («Астропчелы»). Ширина их граней — чуть более 30 см. Эти роботы оснащены рукой-манипулятором, которая позволяет им брать предметы, помогая астронавтам, и хвататься за поручни для экономии энергии.

По мнению Ильи Овчинникова, несмотря на то что БПЛА применяются внутри космической станции, их испытания могут, помимо прочего, означать отработку действий спутников-инспекторов или спутников-шпионов на орбите.

— Дроны станут более востребованы в дальних космических экспедициях. Например, на орбитах Луны или Марса и других небесных тел, которые будут длительное время проходить в опасных для человека условиях, — поделился мнением исполнительный директор НПО «Андроидная техника» Евгений Дудоров.

Он пояснил, что на РОС условия не такие сложные. Поэтому там будет возможность хорошо отработать применение таких устройств для решения дальнейших более амбициозных задач по освоению Солнечной системы.