fonzeppelin

Category:

Зачем нужен человек на Марсе?

И еще одна моя статья для WARCATS.

Интерес к пилотируемой космонавтике и Марсу возрастает. А потому всё  чаще звучат вопросы: «Зачем людям туда лететь?», «Что смогут сделать  люди, чего не сумеют автоматы?» Давайте разбираться.

Зачем человек на Марсе? На фоне блестящих успехов автоматических  станций в исследовании планет Солнечной системы этот вопрос кажется  вполне логичным.

Действительно, доставка людей на красную планету обойдётся намного  дороже, чем автоматов. Люди — далеко не самые компактные существа,  требующие сложной искусственной среды обитания. Путь до Марса долгий, и  если машина всё это время проводит в спящем режиме, то людей нужно  кормить, поить, снабжать кислородом, утилизировать углекислый газ,  изыскать место для физических и умственных упражнений и досуга.

Кроме того, если автоматы летят на Марс в один конец, то людей ещё и возвращать обратно придётся!

А это значит, что нужно либо тащить запас топлива на обратный путь,  что дорого, либо придумывать, как получить топливо на месте, — что  сложно. Как ни крути, пилотируемая марсианская экспедиция обойдётся  в стоимость множества беспилотных.

Так почему космические агентства настаивают, что пилотируемые  экспедиции — единственный способ раскрыть все тайны красной планеты?

Управление и контроль

Установить связь с Марсом куда более сложно, чем, скажем, с Луной.  Луна вращается вокруг Земли примерно на одном и том же расстоянии.  Радиосигнал с Земли на Луну всегда долетает примерно за секунду.

Марс же и Земля двигаются вокруг Солнца по орбитам разного диаметра:  на один виток вокруг Солнца Марс тратит почти вдвое больше времени, чем  Земля. Поэтому расстояние между двумя планетами варьирует от 54,6  миллионов километров (когда Земля находится точно между Солнцем  и Марсом) и до 401 миллиона километров (когда планеты —  по противоположные стороны от Солнца).

 В зависимости от расстояния между планетами меняется и время,  необходимое сигналу, чтобы добраться от Земли до Марса. Но даже в период  наибольшего сближения задержка сигнала значительна — около трёх-четырёх  минут. А при наибольшем удалении сигнал опаздывает на 22 минуты!

Такая большая задержка сигнала создаёт значительные трудности  с дистанционным управлением автоматическими станциями на Марсе. Оператор  на Земле получает данные со станции с опозданием от трёх до 22 минут.  Станция на Марсе принимает команды оператора с такой же задержкой. Весь  цикл «станция увидела — оператор получил информацию и отдал приказ —  станция приняла приказ» занимает от шести и до 44 минут.

А если проблема требует немедленного решения? Например, опасная яма  на пути марсохода? К тому моменту, когда оператор о ней узнает, будет  уже поздно спасать аппарат.

Попробуйте-ка поиграть в World of Tanks при пинге в 1320000 м. с.!

Именно поэтому так медленно и осторожно движутся марсоходы. За девять  (земных) лет своего пребывания на Марсе ныне действующий Curiosity  прошёл всего 24,2 километра. И вовсе не из-за нехватки энергии: атомный  источник питания позволяет роботу оперировать и днём и ночью. Проблема  именно в управлении.

По сути, марсоход движется «шажками». Оператор тщательно осматривает  через камеры аппарата местность прямо перед ним, затем даёт команду  сместиться чуть-чуть вперёд, буквально на метр. С этой новой позиции  машина вновь осматривает местность перед собой, и оператор принимает  решение о следующем «шаге». Очень-очень медленно — но это единственный  доступный способ свести к минимуму риск. Ведь, если марсоход просто  погнать вперёд полным ходом, он может налететь на непредвиденно острый  камень, забуксовать на склоне, застрять в песчаной дюне. И отданная  оператором с получасовым опозданием команда «стоп!» уже ни на что  не повлияет.

Попробуйте в World of Tanks послать танк вперёд, а управлять им —  нажимая кнопки с задержкой в минуту. Результат вряд ли вам понравится.

И это — первая из причин, зачем люди нужны на Марсе.

Находясь на поверхности планеты или даже на её орбите, оператор  сможет управлять автоматическими станциями в реальном времени. Задержка  сигнала будет составлять доли секунды. Марсоходам не нужно будет ползти  вперёд по метру в час — они смогут ехать из одной точки в другую под  прямым дистанционным управлением. Любая возникшая проблема будет  решаться сиюминутно, простым своевременным вмешательством.

Обеспечение и ремонт

В 2018 году на Марсе приземлилась американская станция InSight  («Прозрение»), которая занималась изучением глубинных слоёв красной  планеты. В числе прочего оборудования станция несла самозакапывающийся  зонд-крот, который должен был заглубиться в марсианский грунт на пять  метров и исследовать распределение тепла под поверхностью.

Но запущенный зонд сумел погрузиться всего на несколько сантиметров,  после чего застрял. Оказалось, что марсианский грунт в месте высадки  существенно отличается от предположений на Земле. Что только  ни предлагали специалисты в попытке спасти прибор: и вытащить его  обратно за кабель (отказались, опасаясь повредить не рассчитанный  на такое обращение зонд), и подсыпать ему песка грунтозаборным ковшом  станции, и даже огреть его сверху тем же ковшом и «забить» в грунт!  Но все попытки оказались безуспешны, и в конце концов в январе 2021 НАСА  официально признало провал эксперимента.

Миссия InSight обошлась бюджету НАСА в 830 миллионов долларов, не  считая операционных расходов. Неудача с зондом-кротом, составлявшим 1/3  научных целей миссии, означала, что около 280 миллионов ушли в никуда.

Будь на Марсе человек, проблема, разумеется, не стоила бы и выеденного яйца.

Оператор в скафандре — или управляемый в реальном времени служебный  робот — мог бы просто выкопать застрявший зонд лопатой и переставить его  на новое место. И дело с концом.

Марс — враждебная среда для людей, но он недружелюбен и к автоматам.  Да и создать машину, способную обслуживать себя самостоятельно, — задача  пока что очень далёкая от практического разрешения. Казалось бы, что  может быть проще: смахнуть щёткой пыль с солнечной батареи или отвесить  хорошего пинка заклинившему рычагу? Но это просто для человека, чуть  труднее для управляемого в реальном времени робота, а вот для полностью  автономной машины, получающей команды раз в час, такие операции сложны  невероятно. Что уж говорить о том, чтобы примотать изолентой отошедший  провод или заменить сгоревший мотор!

Наглядной демонстрацией человеческой изобретательности и гибкости  стали экспедиции «Аполлон». В ходе них астронавты неоднократно  сталкивались с проблемами — от заклинившего бура до отвалившегося крыла  «луномобиля». И всякий раз задачу удавалось решить: бур выбить  и вытрясти, на место крыла примотать изолентой карту местности.

Настоящим гимном человеческому разуму стала миссия «Аполлон-13».  Тогда экипаж смог решить сложнейшую задачу — вернул к Земле  повреждённый, лишённый основного двигателя и слабо управляемый корабль.

И это вторая причина, зачем люди нужны на Марсе. Обслуживание  (напрямую или косвенно, через управляемых в реальном времени роботов)  позволило бы значительно продлить ресурс автоматических станций. Даже  самое примитивное, самое простое обслуживание вроде смахивания пыли  и очистки уже сыграло бы значительную роль. «Спирит» и «Опортьюнити»  могли бы функционировать и поныне, если бы кто-то протирал их солнечные  батареи.

Исследования

Наконец, главная причина, зачем нужны люди на Марсе, — исследования.  Машины способны делать многое лучше нас, но думать, как мы, они пока что  не научились. И не факт, что в ближайшее время научатся.  Функционирование даже человеческого интеллекта пока ещё не слишком нам  понятно, что уж говорить об искусственном?

Автоматические станции на Марсе — это де-факто глаза и руки учёных на  Земле. Но возможности таких «прокси» не бесконечны. Адаптироваться к  ситуации на месте машины умеют очень слабо. И это порождает парадокс:  исследование Марса — это по определению поиск неизвестного и  непредсказуемого. Но поиск этот выполняется исключительно инструментами,  созданными на основе некоторых предсказаний и допущений. Тот же зонд со  станции InSight наглядно показал, как трудно исследовать чужой мир,  используя негибкие, не способные к адаптации инструменты. Грунт в точке  посадки оказался отличным от ожиданий — и бесценный прибор стал  бесполезен.

Хотя способности автоматических станций к адаптации можно увеличить,  они всё равно будут ограничены медленным и неэффективным управлением  с Земли. Попытки научить станцию думать самостоятельно рискуют дать ещё  худшие результаты: машины хорошо умеют классифицировать, но очень плохо  делают выводы. А уж проводить аналогии для них и вовсе непосильно.

В своё время наделала шуму история с нейросетью, которую учили  отличать собак породы хаски от волков. Обработав множество изображений  тех и других, система продемонстрировала отличные результаты.

А затем выяснилось, что на самом деле нейросеть вообще не обращает внимание на животное на картинке.

Всё, на что она смотрела, — это есть ли на картинке снег. Если есть —  заключала, что изображён волк. Если снега нет — то собака. А всё из-за  того, что фотографий волков на снегу в базе данных было намного больше,  чем собак.

Вот поэтому и невозможно полагаться в исследованиях целиком  на самообучающиеся машины. Их способность самообучаться и делать выводы  может давать… парадоксальные результаты, далёкие от реальных.

И если человека можно по крайней мере взять за шкирку и потребовать  объяснить, как он, такой-сякой, пришёл к таким выводам, то допытываться  объяснений от машины, в общем-то, совершенно бесполезно.

Она и сама не факт, что понимает, как до такого додумалась.

Поэтому доверять автоматическим системам, скажем, сопоставление  образцов — можно, а вот делать какие-то выводы на основании этих  образцов — далеко не всегда.

Люди или машины?

Приведённые выше примеры говорят о том, что роль человека на Марсе —  не заменить автоматические станции (как подспудно предполагается при  сопоставлении цены тех и других), но дополнить их уникальными  человеческими возможностями, которых нет у машин.

Безусловно, пилотируемая экспедиция на Марс будет чрезвычайно дорогим  (и неизбежно рискованным) мероприятием. Но «дорого» — это всегда  относительный параметр. Даже экспедиция без высадки — орбитальный  командный и аналитический центр над Марсом — уже позволит увеличить  эффективность исследовательских программ не в разы, а на порядки.  Находясь на орбите Марса (или на Деймосе — очень удобном для  оборудования временной базы благодаря запасам водяного льда и малой силе  тяжести), люди смогут в реальном времени управлять марсоходами,  проводить полевой ремонт и обслуживание с помощью специальных  марсоходов/марсолётов-ремонтников, выполнять исследования, слишком  комплексные для автоматики. Это значительно увеличит эффективность  посылаемых параллельно автоматических экспедиций.

Хотя, разумеется, есть некоторая ирония в том, что основной задачей человека на Марсе будет обеспечивать работу автоматов.

Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

Error

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded 

When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
Объяснил бы кто сам Марс кому то сдался.
Тратятся огромные средства на мертвую планету.
Есть кстати опыт : СССР на Венеру (т.е. в жопу) 18 миссий запустил.
Спасибо, статья очень понравилась.

Путь до Марса долгий, и если машина всё это время проводит в спящем режиме, то людей нужно кормить, поить, снабжать кислородом, утилизировать углекислый газ, изыскать место для физических и умственных упражнений и досуга.(c)
А анабиоз (ну если его вдруг изобретут) части или всего экипажа сильно бы облегчил задачу? Как в "Прометее": вкалывают Дэвиды, дрыхнет человек.

Попробуйте-ка поиграть в World of Tanks при пинге в 1320000 м. с.!(с)
Хорошая аналогия, доходчивая. )

Ну, до анабиоза еще далеко, но концепция холодного сна уже достаточно серъезно рассматривается. Конечно, это не приостановка жизненных процессов, а всего лишь некоторое их замедление, но само по себе пребывание экипажа в спящем состоянии во время полета позволяет более чем вдвое урезать массу необходимых запасов.
Вижу я тут две проблемы:
1.Это действительно дорого, что просто означает редкость полётов на Марс, соответственно разнесённые на десятилетия, а то и больше, исследования
2.А что такого, срочного, нам делать на Марсе? Жить? Невозможно. Полезные ископаемые? Невыгодно. Исследования? Дорого и поэтому просто мало.
Все-таки Луна поможет "набить руку" на начальных космических путешествиях, научит делать базы и существовать во враждебной среде. И да, это не так дорого, значит все будет продвигаться быстрее.
Deleted comment

**** некоторая ирония в том, что основной задачей человека на Марсе будет обеспечивать работу автоматов ****

В самом ближайшем будущем это станет основной задачей человека НА ЗЕМЛЕ. И тут уже не до иронии ...

Если серьезно, считаю наибольшей задачей в будущей марсианской одиссее — решение психологических проблем в микроколонии.
Поубивают-же друг — друга .... , а недайбог туда проберется скрытый аллахакбаровец ? тогда вообще хана ...
Хороший анализ, но я бы зашёл с другой стороны. Для чего нужен человек на Эвересте? Никакой пользы нет, вроде. Ан нет, лезут и лезут сотнями. Вот и Марс то же самое. Надо лететь, просто чтобы посмотреть своими глазами.
Deleted comment
И бегать морские свинки (кстати, идеальный зверь для колонистов — добродушен, травояден, компактен и при необходимости съедобен)
В глобальном смысле это вопрос выживания человека как вида, вопрос который впрочем как и всегда будет стимулироваться всё тем же бытием, развитием производственных отношений, то есть выживет социально-экономически наиболее прогрессивная часть человечества.
От автора "дроны могут заменить живых солдат на поле боя и в тыловом обеспечении прямо сейчас!"

Большинство проблем с управлением и надёжностью дронов всё же не от отсутствия человека. А от анальных весовых ограничений. Можно сделать аппарат, способный смахивать песок с панелей, закапывать датчики лопатой и даже самостоятельно рулить по камням. Только вот весить от будет не сотни килограммов, а тонны и десятки их. В сотни килограммов человека не всунешь никак, но если у тебя есть много тонн, робота туда влезет несравнимо больше, чем кожаных мешков.
основная проблема пилотируемой экспедиции на Марс не деньги, не техника а человеческая психика.
люди просто сойдут с ума за двухлетнюю экспедицию, и, соответственно , завалят эксперимент.
Без "карусели" в столь долгую экспедицию можно даже не пытаться, а её даже для относительно "неподвижных станций ещё не пробовали строить.
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →