Компания из Долгопрудного замахнулась на лунный приз от Google
Отправить роботов на спутник Земли - не самое сложное. Задачка потяжелее вкратце обманчиво проста - растолковать всем, зачем этот полёт нужен. Журналист «Мембраны» побывал в гостях у создателей российского лунохода в подмосковном Одинцово и выслушал их объяснения.
Компания «Селеноход» не так давно появилась в официальном списке команд, участвующих в конкурсе Google Lunar X PRIZE. В этом состязании главный приз в $20 миллионов получит коллектив, сумевший первым в условиях частного финансирования спроектировать, построить и высадить на Луне подвижного робота. Тот должен пройти по лунной поверхности не менее 500 метров, передавая видео, фото и другие данные.
Отечественная заявка в ряду претендентов выглядит интересно, оригинально, и личное знакомство с конкурсантами от России показало, что нашим вполне по силам победить.
Команда рассматривала несколько вариантов луноходов, а в окончательную версию войдут лучшие элементы каждого из них. Здесь можно увидеть раннюю модель, питание которой должно было осуществляться по кабелю от посадочного модуля (в задней части робота видна катушка).
Теперь от кабеля отказались. Зато на этом рисунке хорошо видны ключевые элементы робота, которые в том или ином виде будут присутствовать обязательно: корпус, поднимающееся вверх крепление блока видеокамер, лыжи на вращающихся кривошипах. Оранжевый ковшик спереди - возможный грунтозаборник (иллюстрация фирмы «Селеноход»).
Click to viewКоманда «Селеноход» базируется в городе Долгопрудном, но нельзя сказать, что проект сосредоточен в одной точке. Напротив, различные его части продвигаются разными организациями и в самых разных местах. Я приехал в Одинцово, где на территории местной фабрики располагается компания «КБ 1901″, один из крупных участников нового лунного проекта.
Разрозненность партнёров - прямая аналогия с распределёнными вычислениями. «Селеноход» можно сравнить с сервером, на который стекаются результаты обработки данных с армии других компьютеров, разбросанных по стране.
В Одинцово я встретился с исполнительным директором «Селенохода» Сергеем Седых и генеральным директором «КБ 1901» Василием Архиповым. От них я узнал, какие оригинальные решения выделяют российский аппарат среди конкурентов и как продвигается проект на фоне заявок соперников.
Сергей Седых и Василий Архипов в «КБ 1901». В руках Василия - элемент кузова для купе Mercedes SLR (фото MEMBRANA).
Оказалось, что проектирование российского лунного робота завершено на 100%. Начата работа по изготовлению прототипов. Это вполне сопоставимо со степенью готовности зарубежных миссий.
Для повышения вероятности успешного выполнения задания «Селеноход» склоняется к тому, чтобы при помощи одной посадочной ступени высадить на Луне пару небольших луноходов, а может быть, сразу три. Каждый будет весить всего по 4-5 килограммов.
Скорее всего, роботы не окажутся точными копиями друг друга и будут отличаться в деталях. Это расширит их возможности по сбору информации.
Более реальная схема вместо питающего кабеля предусматривает размещение на роботе солнечной батареи площадью 600 квадратных сантиметров и номинальной мощностью 19 ватт. Для накопления энергии предусмотрен литиевый аккумулятор (иллюстрации фирмы «Селеноход»).
Другая любопытная особенность - способ передвижения российского лунохода. Хотя первоначально команда рассматривала колёсный вариант, недавно она от него отказалась. Чтобы уложиться в скромные габариты и вес, колёса должны быть небольшими, а такие наверняка зароются в реголите, объясняет Сергей.
Ноги-манипуляторы и гусеницы после анализа тоже были отброшены. В результате ставка сделана на лыжно-шагающий привод, подобный тому, каким были оснащены первые марсоходы - советские ПрОП-М. Пара таких аппаратов попала на Красную планету в 1971 году, но из-за отказа посадочных ступеней ни один из них по марсианским пескам так и не поползал.
Длина, ширина и высота нового лунохода в рабочей конфигурации составит 54-72 х 44 х 53-70 сантиметров. В транспортном положении высота робота уменьшается до 20 см. На рисунках внизу шагающий луноход покидает транспортную палету.
На врезке - идеологический предшественник «Селенохода» - ПрОП-М. Кстати, среди консультантов нового проекта есть учёные, работавшие над этим марсоходом и «Луноходами» (иллюстрации фирмы «Селеноход» и ВНИИ ТрансМаш).
Повороты робот сможет совершать либо за счёт разнонаправленного движения лыж, либо приподнимаясь и вращаясь на центральной поворотной пятке. Питание луноход получит от собственных солнечных батарей.
«Селеноход» будет оснащён набором камер (в том числе стерео), а также небольшим поворотным ковшиком для забора грунта. По одному из вариантов проекта, посадочная ступень должна быть оборудована анализатором реголита и небольших камней. Луноход мог бы собирать образцы вокруг точки посадки и приносить их в анализатор.
Основные детали и узлы шагающего лунного робота (иллюстрация фирмы «Селеноход»).
Корпус шагающего аппарата будет сделан из углепластика. Именно это обстоятельство объясняет мой визит в «КБ 1901», ведь углепластик - конёк этой небольшой и молодой (в том числе по возрасту сотрудников) компании.
Надо отметить, что для космической техники углеродный композит, как ни странно, всё ещё экзотичен. Непросто получить углеволоконные детали, способные надёжно работать в условиях большого перепада температур. Сложно заранее просчитать поведение такой конструкции на космическом холоде и придумать, как придать ей нужные механические свойства.
Углеткань, жертвенные слои, смолы, которые здесь готовят по собственным рецептам, различные формы и модели, вакуумные насосы и, наконец, печь - так в «КБ 1901» рождаются не только детали для автомобилей. Здесь делают сверхлёгкие кронштейны для видеокамер и элементы медицинской техники, работают даже над углепластиковой мебелью (фотографии фирмы «КБ 1901», MEMBRANA).
«Но почему карбоновую составляющую проекта «Селеноход» доверил именно «КБ 1901»?» - обращаюсь я к участникам беседы, обращая их внимание на стеллажи и стены в офисе. (Вокруг меня масса углеволоконных деталей от автомобилей.)
«Действительно, большая часть изделий нашей фирмы - карбоновые элементы кузова для спорткаров, - соглашается Василий Архипов. - Ряд российских тюнинговых компаний заказывают у нас бампера, крышки капота, крылья… Кстати, в рамках одного проекта мы изготовили полностью новый углепластиковый кузов для суперкара Bugatti Veyron».
Bugatti Veyron Grand Sport «Sang Bleu» стараниями «КБ 1901» обрёл нестандартный кузов. Облик суперкара преобразился, благодаря использванию углеткани крупного плетения и тонированию синим лаком (фотографии фирмы «КБ 1901», supercarsofmoscow.ru).
Но автомобилями деятельность «КБ 1901» не исчерпывается, объясняет Василий.
Немало сил компания из Одинцово тратит, к примеру, на медицинские проекты. Взять протез стопы. Виртуозная вещица: изогнутая пластина переменной толщины и с переменным направлением углеродных нитей сочетает выносливость с прочностью и упругостью, а ведь углепластик сам по себе - материал очень жёсткий. Казалось бы, медицина и космос - какая связь? Это навык работы с непростым материалом (фотография фирмы «КБ 1901»).
Всё тот же космос в тематике «КБ 1901» появляется не впервые. По словам Архипова, его компания принимала участие в разработке главного зеркала российской космической обсерватории «Миллиметрон» (её запуск намечен на период после 2015 года).
«КБ 1901» отработало такую технику формирования углепластиковых лепестков главного зеркала, при которой внутренние напряжения в материале компенсировали друг друга. Архипов говорит: «Мы получили поверхность с отклонением от идеала в 2 микрометра на трёх метрах длины».
Работая над элементами космического телескопа, специалисты из «КБ 1901» сумели точно высчитать, как поведут себя карбоновые детали в вакууме и при космическом холоде (фотографии фирмы «КБ 1901», MEMBRANA).
И вот теперь компания воспользуется богатым опытом и будет делать карбоновые детали для «Селенохода». Делать, заметим, бесплатно. Для «КБ 1901» сотрудничество с командой-претендентом на «лунный приз» - это отличная возможность ещё раз заявить о себе как об изготовителе сложных в инженерном плане изделий. В данном случае это несравненно дороже тех человеко-часов и нескольких килограммов углеволокна, которые будут затрачены в рамках лунного проекта.
Расчётный ресурс шагающее-лыжного привода - не менее пяти километров в условиях типичного лунного ландшафта. Кстати, один из дополнительных призов Google Lunar X PRIZE можно заработать, если пройти по Луне именно это расстояние. По плану компании, её аппараты активно проработают на Селене один лунный день (14 земных дней), после чего на время лунной ночи прекратят операции, а после восхода Солнца (ещё через 14 дней), продолжат исследование Луны (иллюстрация фирмы «Селеноход»).
Сотрудничество на безвозмездной в части денег основе - наглядный пример всей стратегии авторов конкурсного лунохода. Первый её пункт можно сформулировать так: создание некоторых элементов робота можно отдать на откуп небольшим группам столь же фанатично увлечённых своим делом энтузиастов. А второй принцип - везде, где возможно, нужно использовать технологии или детали, которые работают и на Земле.
Речь идёт об управляющей электронике, вычислительных системах и связи. Старый принцип отрасли - строить специальные «космические» схемы, очень дорогие, но зато приспособленные под конкретное задание. «Селеноход» предпочитает продукцию «с полки».
Есть проблема воздействия космических лучей? Хорошо, добавим экранирование, автоматическую проверку на сбои. Если что, программа просто даст команду на перезапуск компьютера. Есть сомнения в надёжности того или иного чипа в лунных условиях? Не беда, можно добавить двойное резервирование.
В одном из вариантов вращающийся ковшик для сбора реголита - двойной. Кстати, свой луноход российская команда также именует ШГЗУ - шагающее грунтозаборное устройство (иллюстрация фирмы «Селеноход»).
Ныне космические аппараты можно строить в значительной мере из серийных, совершенно обычных компонентов, уверяет меня представитель «Селенохода».
В качестве примера он приводит литиевые аккумуляторы и тяговые электродвигатели, редукторы, радиопередатчики и солнечные батареи… Общий принцип развития техники в таком случае это нечто вроде замкнутого круга: Земля - космосу, космос - Земле.
В то, что постройка лунохода нового поколения - это колоссальный опыт и хорошая репутация, которые пригодятся в будущем, поверили и исследователи из Новгородского государственного университета. Они учат подмосковный аппарат ориентироваться на местности.
Луноход будет оснащён серийными камерами, но вот софт, помогающий машине распознавать объекты, создаётся специально.
Искусственный интеллект и машинное зрение во время путешествий по Луне для робота будут не лишними, хотя канал связи с оператором на Земле тоже будет работать. Передвигаясь среди камней, «шагоход из Долгопрудного» сможет сам оценивать опасность и корректировать движение.
Команда «Селенохода» рассматривает сразу несколько возможных схем спуска робота с посадочной ступени на лунный грунт. Тут и разворачиваемые рычаги, и опускающаяся палета.
Самый простой вариант (нижние рисунки) предусматривает, что робот будет закреплён вертикально на боковой направляющей посадочного модуля при помощи набора пирозамков. Сначала они освободят корпус и лыжи аппарата, которые развернутся на 90 градусов и окажутся близ самого грунта, а затем будет освобождена солнечная батарея (она же кронштейн видеокамеры) (иллюстрации фирмы «Селеноход»).
У этой работы отчётливо просматривается потенциал к диверсификации. Потренировавшись на луноходе, группе разработчиков навигационного софта не составит труда перейти на беспилотные автомобили, да те же банальные роботы-пылесосы, наконец.
То же можно сказать и в отношении ряда других технологий, отрабатываемых в рамках конкурсной программы. «Космос коммерциализируется на Земле!» - убеждён Сергей Седых.
Зарождающаяся российская частная космическая отрасль, пионером которой является «Селеноход», должна работать, словно двухстороннее шоссе. Что-то из сугубо земных изделий сможет попасть в космические проекты, что-то, разрабатываемое для космоса, окажется востребовано в других областях.
В этом круговороте и перекрёстной подпитке разработками команда «Селеноход» видит главное преимущество частных космических компаний. Постепенно уходит время, когда весь космос «вели» государственные колоссы, создававшие по неповторимым проектам штучные аппараты. Мы движемся к эпохе, когда не только спутники связи, но, допустим, те же самые планетоходы или межпланетные станции можно будет покупать в магазине.
Кстати, частная космонавтика уже достаточно сильно
развита в США, где существует ряд коммерческих компаний - как крупных, так и мелких, занимающихся космическими проектами и получающих заказы от NASA. Будем надеяться, что в России эволюция отрасли скоро тоже пойдёт в этом направлении.
Потому для компании «Селеноход» Google Lunar X PRIZE - не единственная цель и, как бы парадоксально это ни звучало, - не главная.
Схема размещения разгонного блока, посадочного модуля и лунохода под обтекателем. На этом рисунке лунный робот показан только один. Окончательного решения, сколько их будет, не принято. Это зависит от той посадочной ступени, которая в результате окажется в распоряжении команды (иллюстрация фирмы «Селеноход»).
Конечно, благодаря конкурсу компания и возникла. Но лунная миссия - лишь первый шаг команды, которая намерена выйти на международный рынок как разработчик и изготовитель космической робототехники. Ну и на российский рынок тоже, хотя здесь спрос по вполне понятным финансовым причинам не столь высок.
Впрочем, одним из партнёров «Селенохода» является Институт космических исследований РАН. Можно надеяться, что сотрудничество это продолжится и за рамками лунной гонки под эгидой Google.
А чтобы преуспеть на рынке, замечает Седых, важно не столько научиться создавать космических роботов, сколько поднатореть и строить их быстро, дёшево. Сражение за приз служит такому обучению. Кстати, затраты на постройку нескольких экземпляров миниатюрных шагающих луноходов Сергей оценивает в $300 тысяч, а это совсем не космический уровень.
Шагающий аппарат сможет развивать скорость до 1,3 метра в минуту (0,078 км/ч), сообщает российская команда. При этом луноход сможет преодолевать препятствия высотой до 7 сантиметров, каверны шириной до 35 см и уклоны до 30 градусов (иллюстрация фирмы «Селеноход»).
Как говорит директор «Селенохода», участие в лунном конкурсе - это исследовательский проект, причём не столько в инженерном плане, сколько в части менеджмента. Перед командой стоит задача для нашей страны совершенно нетипичная - реализовать лунную миссию на негосударственной основе, да ещё и из доступных материалов.
В результате общую стоимость воплощения конкурсной миссии «Селенохода», включая запуск ракеты, аренду центра дальней связи и прочие сопутствующие расходы, по самому полному плану (условно - «плану А»), компания оценивает в $40 миллионов. Нетрудно заметить - это вдвое больше суммы первого приза.
Конечно, существует ещё и «план Б», и «план В», да и в целом команда старается предусмотреть как можно больше вариантов выполнения задания Google Lunar X PRIZE, которые будут заметно варьироваться по стоимости.
Даже с ракетой-носителем, разгонным блоком и посадочной ступенью, которые должны доставить луноходы к цели, - полной ясности пока нет. Основной вариант выглядит так: ракета будет использована относительно недорогая, конверсионная - «Днепр». Разгонный и посадочный модули, вероятно, поставит НПО имени Лавочкина (но официальной договорённости об этом опять же ещё нет).
Гибкость подхода и умение искать недорогие решения - козырь российской команды. До сих пор компании из Долгопрудного удавалось действовать с минимальными затратами, во многом просто на голом энтузиазме.
У многих членов команды «Селенохода» имеется другая работа, а лунный проект рассматривается ими как уникальная возможность вывести собственные профессиональные навыки на новый уровень. Вот и получается, что Google Lunar X PRIZE для наших героев в большей мере средство, нежели цель (фотографии фирмы «Селеноход»).
Однако всем хочется успеть раньше соперников. В конкурсе, кстати, официально зарегистрировано почти три десятка команд. Но, как говорит Сергей, соревнование можно будет считать удавшимся, если хотя бы две или три из них доведут свои луноходы до запуска.
Некоторые участники лунной гонки заявляют о 2013 годе как дате старта. Но вероятность столь быстрого продвижения миссий не слишком высока. «Селеноход» ориентируется на более правдоподобный срок. По словам Седых, команда намечает запуск своего лунохода на середину или вторую половину 2014 года.
Но даже если по каким-то причинам старт не состоится, «Селеноход» не останется в проигрыше. Опыт организации столь сложного проекта, разработки робота, налаженное сотрудничество с партнёрами из целого ряда компаний и НИИ - вот это действительно главный приз, который останется в руках российской команды в любом случае.