Самостоятельные шаттлы: как IT-технологии изменят космические путешествия

Развитие технологий помогает исследователям космоса расширить границы изучаемого пространства и повысить безопасность и эффективность миссий. В текущих реалиях стало возможным осуществлять даже частные полёты на орбиту в развлекательных целях. О влиянии инноваций на развитие межзвёздных путешествий в настоящем и будущем рассказал Александр Бон, руководитель проекта малых космических аппаратов Центра космических технологий МАИ.

От первого компьютера до 3D-принтера

Первые компьютеры начали использоваться в космических программах в середине XX века. В 1970–80-х они стали более компактными и мощными, что позволило улучшить системы управления космическими аппаратами. В это же время началось активное использование ПО для моделирования и анализа полётов.

Появление интернета улучшило коммуникацию: космические агентства стали более эффективно обмениваться данными и координировать свои действия. Но тогда сложно было подумать, что впоследствии IT-технологии сделают значительный шаг вперёд и позволят полностью автоматизировать некоторые процессы: от управления полётом до анализа данных.

В 2013-м NASA начало работы по созданию 3D-принтера для печати деталей и запчастей на МКС, а сегодня активно использует ИИ для автономной посадки космических аппаратов.

Автономность, Big Data и другие тренды космических миссий

По словам Александра Бона, IT-технологии значительно повышают качество и эффективность космических исследований.

— Например, технологии Big Data помогают обрабатывать, анализировать большой массив информации, выявлять паттерны, аномалии, оптимизировать ресурсы и повышать точность работ по изучению космоса, — поясняет Александр Бон.

Системы искусственного интеллекта анализируют данные с датчиков в реальном времени. Оперативное прогнозирование возможных неисправностей и поиск решений для их устранения позволяют значительно сократить время реакции в критических ситуациях.

В то же время в тренде автономность: современные системы управления позволяют минимизировать участие человека в рутинных операциях. Отсутствие пилота, контролирующего работу оборудования, приближает нас к длительным миссиям: автоматизированные системы самостоятельно скорректируют траекторию полёта, дадут команду для выполнения сложных манёвров и подсчитают потраченные ресурсы. Кроме того, это значительно снизит риск ошибок из-за человеческого фактора.

— Ещё одна тенденция — машинное обучение, которое активно применяется в дистанционном зондировании Земли. Мы анализируем данные, полученные с космических аппаратов. Причём это снимки поверхности не только Земли, но и других небесных тел, например, Луны, которые мы анализируем, скажем, в поиске воды, — говорит эксперт.

В автономных миссиях космических аппаратов, выполняющих задачи без постоянной связи с Землёй, ставка делается на искусственный интеллект. Он поможет в сборе и обработке данных о различных космических телах, оптимизации маршрутов. Среди преимуществ учёные выделяют также экономию средств: автономный космический летательный аппарат требует меньших затрат, чем любая пилотируемая миссия. Уровень безопасности в этом случае тоже будет значительно выше. При необходимости аппарат может быть заброшен или уничтожен.

Защита от космической радиации

При проектировании космических аппаратов инженерам приходится учитывать агрессивную среду их эксплуатации. В космосе электроника подвергается воздействию высокоэнергетических частиц — протонов и тяжёлых ионов. Такие частицы могут проникать в материалы и вызывать ряд проблем в электронных компонентах, другими словами — приводить к сбоям.

Космическая радиация провоцирует так называемые случайные единичные события: например, спонтанное переключение транзисторов. И чем дальше от Земли, тем чаще эти события происходят. Ошибки возникают и в программах. Так, на космическом аппарате «Орбита» произошёл сбой из-за ошибки программного обеспечения, возникшей под воздействием радиации. В итоге аппарат сошёл с орбиты и был потерян. Также можно вспомнить печальный опыт «Луны-25», которая, скорее всего, тоже вышла из строя из-за случайного единичного события.

Поэтому необходимо проектировать высокопроизводительную электронику с радиационно стойкими компонентами. Один из методов — писать программный код таким образом, чтобы система могла в реальном времени выявлять и исправлять вызванные случайными событиями ошибки.

Космические путешествия

IT-технологии откроют новые горизонты и для космических путешествий. Это касается как изучения поверхностей других планет, так и автоматизации управления на борту в рамках проектов космического туризма.

— Развитие искусственного интеллекта позволит воплотить в жизнь автономные космические путешествия. Допустим, мы запускаем сотню автономных роботов в разные звёздные системы: там они высаживаются, сами себя клонируют и потом запускают новые копии, — отмечает Александр Бон.

По словам эксперта, благодаря этому подходу человечество сможет колонизировать всю галактику за какие-то смешные (по космическим меркам) 100 миллионов лет.

Также влияние IT-технологий будет очень весомым в условиях длительных миссий.

— Как показывают в фантастических фильмах: всю команду укладывают в криосон, а искусственный интеллект берёт под контроль корабль. Вероятно, именно такие возможности технологий наряду с предварительной космической разведкой сыграют ключевую роль в будущем, — заключает эксперт.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России