Роботы. История развития машин - Александр Алексеевич Прасол
И если вы видели кадры хроники или фильм «Вызов», то не могли не заметить, что на околоземной орбите космическому кораблю достаточно работы крошечных двигателей для осуществления маневра или разгона. Ведь сильно разреженная атмосфера не препятствует свободному полету…
Идея Маска по-своему гениальная. Если на первичное ускорение нужно максимум энергии ракетных двигателей, то именно они и должны быть главными в сверхтяжелой ракете. Подняв корабль в верхнюю стратосферу, они отстыкуются и сгорят в плотных слоях атмосферы. Однако на практике все обстоит куда сложнее. Дело в том, что при разгоне и максимальной тяге ракетных двигателей вся технологическая связка подвергается страшным перегрузкам. И какими бы легкими ни были двигатели и топливные баки с горючим и окислителем, их масса, умноженная на ускорение, становится критической для конструкции.
Россия является пока единственной страной в мире, которой удалось создать сверхтяжелые ракеты, успешно выносящие на околоземную орбиту полезную нагрузку в десятки тонн. И ученые высказали разумную идею – будущие полеты в далекий космос станут возможными тогда, когда мы оторвемся от своей исторической колыбели – собственно, планеты Земля. Для этого на околоземной орбите должна быть построена не только орбитальная станция, – такие уже работают на протяжении десятков лет, – но и сборочная база. К ней будут отправляться сравнительно небольшие корабли, которые доставят изготовленные на Земле отсеки будущего межпланетного корабля. А сборка и отладка агрегатов будет выполнена уже на орбите. Советские космонавты и американские астронавты уже имеют опыт работ в открытом космосе. Они собирали наружные элементы орбитальной станции, выполняли ремонт аварийных узлов. В условиях невесомости работать с многотонными агрегатами не составляет труда.
А когда космический корабль будет готов, он может отправиться к далеким галактикам без тяжелых маршевых двигателей. Уже разработаны фотонные двигатели, которые придают ускорение кораблю за счет испускания света!
И вот, представим, что мы построили корабль, которому по силам осуществить полет пусть не к ближним созвездиям, а хотя бы на край Солнечной системы, туда, где в вечном холоде и мраке величественно проплывают самые далекие планеты – Уран, Нептун, Плутон… И, скорее всего, первым космонавтом для такого длительного путешествия станет… робот!
Что же мешает самому человеку отправиться пусть даже не к далеким галактикам, а к соседним планетам нашей Солнечной системы?
Первое препятствие – враждебное человеческому организму безвоздушное пространство. Оно не только лишено привычного и необходимого для дыхания воздуха, но и пронизано космическими лучами, жесткое рентгеновское излучение которых способно уничтожить все живое. Отсутствие атмосферы не обеспечивает комфортную температуру для экипажа. Под воздействием солнечных лучей поверхность корабля или орбитальной станции разогревается до нескольких сотен градусов, тогда как на противоположной теневой стороне царит космический холод. Это требует хорошей теплоизоляции и для космонавтов, и для многочисленных приборов корабля.
Некоторые работы на орбитальной станции проводятся космонавтами в открытом космосе. Для выхода из станции экипажам шьют специальные многослойные костюмы – скафандры, в которых поддерживается оптимальная температура. А через толстые кабели подается воздух и отводится выдыхаемая углекислота. Они же удерживают людей от случайного отлета от станции. Но даже в таком облачении космонавты могут находиться вне станции лишь несколько часов.
Второе существенное препятствие – ограниченность взлетного веса космического корабля. Для того, чтобы вывести на околоземную орбиту обитаемый отсек весом в несколько тонн, ракеты должны сжечь топлива в десятки раз больше. И это лишь для полета в ближний космос. А для путешествия даже к планетам Солнечной системы нужен корабль с гораздо большим запасом и топлива, и кислорода, и продуктов питания. Ведь такое путешествие займет не один месяц, а то и год! Построить подобную ракету-носитель пока не по силам инженерам. Сила земного тяготения попросту переломает конструкцию полностью экипированного корабля!
В отличие от человека, роботу не нужны воздух и питание. Ему не страшны холод и тепло. Робот не стареет и не болеет, и ему все равно, сколько лет будет длиться полет. Выполнив полетное задание, робот сможет возвратиться на Землю с результатами исследования или, отправив отчет, остаться на чужой планете навечно…
Отечественная космонавтика знаменита не только пилотируемыми полетами. Наши ученые разработали целый класс космонавтов-роботов – автоматические межпланетные зонды и станции. Они давно и успешно бороздят просторы Солнечной системы, некоторые становятся искусственными спутниками ближних планет и регулярно пересылают на Землю полученную информацию. Другие благополучно высаживаются на поверхность и ведут свой научный «репортаж» непосредственно с места приземления. По поверхности единственного естественного спутника Земли – Луны – ездил уникальный «Луноход». Он сочетал в себе и транспортное средство, способное передвигаться по пыльному лунному бездорожью, и исследовательские лаборатории, способные собирать пробы грунта и делать десятки измерений, и узел связи, передающий в Центр управления полетами всю полученную информацию.
Год спустя после успешной работы «Лунохода» на поверхности нашего естественного спутника, 19 мая 1971 года, на Марс была отправлена необычная марсианская миссия. На борту советского автоматического аппарата «Марс‐2» находился и первый в мире робот-марсоход ПрОП-М. Его название расшифровывалось просто – «прибор оценки проходимости – Марс». По внешнему виду это была громадная толстая металлическая книжка, установленная на салазки, похожие на санки. Для движения марсоход приподнимался над поверхностью, и особые рычаги переносили тело на несколько сантиметров вперед. Так иногда передвигаются черепахи.
Почему этот робот был поставлен на лыжи-полозья, а не на колеса, как его собрат «Луноход»? Дело в том, что конструкторы ленинградского (ныне Санкт-Петербург) ВНИИТрансМаш во главе с инженером-конструктором Александром Кемурджианом на протяжении нескольких лет изготавливали и испытывали различные движители. Это была головоломка, задача со многими неизвестными. Никто не знал, какой состав грунта на Марсе, каковы его механические свойства. Человеческий опыт подсказывал, что по сыпучим грунтам лучше всего передвигаться на «лыжах». Даже в песчаной пустыне можно скользить по склонам барханов на обычных горных лыжах или досках для серфинга!
Расчеты показывали, что ПрОП-М был способен двигаться со скоростью 1 метр в час. Медленнее черепахи! Но, с другой стороны, куда роботу спешить? Дело в том, что сигналы радиокоманд из Земли достигали свыше десяти минут. И если марсоход вдруг натыкался на препятствие, то на доклад в ЦУП и ожидание команды уходило почти полчаса.
Уже упомянутый в этой книге академик Игорь Каляев, тогда еще молодой ученый, принимал участие в разработке системы управления роботом. Учитывая такие большие временные задержки, Игорь Анатольевич предложил написать специальную компьютерную программу, которая будет управлять марсоходом. И таким образом
