На будущей Российской орбитальной станции (РОС) планируется использовать беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Эти дроны будут помогать космонавтам, выполнять функции инспекторов, проводить эксперименты и следить за состоянием приборов в периоды, когда экипаж отсутствует.
Разработкой этих устройств занимаются специалисты РКК «Энергия». Они провели конкурс среди молодёжных инженерных команд, чтобы выбрать лучшие проекты. Конкурс был частью опытно-конструкторских работ.
Беспилотные летательные аппараты будут выполнять различные задачи на орбите. Они помогут космонавтам проводить эксперименты, заменят их в периоды отсутствия на станции и будут следить за техническим состоянием «космического дома».
Эти дроны являются частью общей концепции РОС. Они были разработаны в инициативном порядке сотрудниками РКК «Энергия». Компания организовала открытый конкурс инженерных команд, чтобы поддержать и развить это направление. В конкурсе приняли участие команды из разных городов России.
Куратор конкурса, руководитель Центра развития технологий и инноваций РКК «Энергия» Павел Красноперов рассказал, что дроны-помощники на станции — это одна из технологий, которые могут быть востребованы при реализации проекта. Однако пока эта конструкторская задача поставлена в общих чертах, без конкретизации их функций.
Специалист объяснил, что в будущем на РОС роботизированные БПЛА могут взять на себя часть вспомогательных функций. Это снизит нагрузку на членов экипажа и избавит их от рутинных обязанностей. Например, дроны смогут следить за показаниями приборов, контролировать ход научных экспериментов, инспектировать состояние станции и выявлять возможные дефекты в конструкции. Кроме того, они будут способны ассистировать космонавтам во время подготовки и проведения научных экспериментов.
Куратор конкурса отметил, что разрабатываемые аппараты не предназначены для работы в открытом космосе. Это связано с тем, что для такой работы необходимо значительно усложнить конструкцию аппаратов.
Это нужно для того, чтобы защитить технические системы от низких температур, солнечной радиации и других экстремальных космических факторов.
В зависимости от предполагаемого функционала, аппараты могут быть оборудованы различными инструментами. Например, роборуками, динамическими подвесами и другими устройствами. Также может варьироваться комплекс бортовых приборов, таких как датчики и анализаторы для изучения климата станции, монитор и динамик для выполнения роли искусственного собеседника, фильтры 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. Кроме того, космические условия определили ещё ряд специфических требований.
Принцип движения объекта в условиях микрогравитации таков, что для совершения манёвра двигатели должны сначала дать мгновенный импульс на движение, а затем остановить объект таким же, но противоположным по направлению импульсом.
В космосе двигателям не приходится преодолевать силу притяжения Земли, поэтому они могут быть менее мощными и более энергоэффективными. Однако им нужно постоянно обеспечивать не только перемещение дрона, но и его стабилизацию в пространстве. Это требует наличия у аппарата большего количества двигателей, способных обеспечивать его перемещение во всех плоскостях.
Для обеспечения безопасности космонавтов и сохранности оборудования на борту РОС должны быть предусмотрены решения, исключающие 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.
К системам управления беспилотниками предъявляются серьёзные требования. Они должны работать как в автоматическом режиме, так и под управлением оператора. При этом оператором может быть как космонавт на борту Российской орбитальной станции (РОС), так и сотрудник Центра управления полётами на Земле.
В будущем беспилотники планируют оснастить программными комплексами с алгоритмами искусственного интеллекта.
Конкурс по разработке беспилотников проводился в течение трёх дней. За это время команды должны были спроектировать и изготовить аппараты, соответствующие указанным требованиям. Участники использовали только 3D-принтеры и наборы готовых комплектующих, таких как микросхемы, электродвигатели, винтомоторные группы и другие компоненты.
Цель конкурса не заключалась в создании готового изделия, поскольку это невозможно за такой короткий срок. Однако было важно, чтобы участники раскрыли свой творческий потенциал и сформировали видение решения задачи.
В результате были определены три лучших проекта. Эти работы будут продолжены в рамках акселератора РКК «Энергия».
Если РОС будет работать в режиме посещаемой станции (как это планировали), то беспилотники станут актуальными, поскольку при отсутствии экипажа могут возникать ситуации, требующие оперативной реакции. Дроны способны справиться с такой задачей. Они также оправданы при проведении экспериментов, опасных для здоровья космонавтов, например, в периоды повышенного радиационного фона, связанные со вспышками на Солнце.
Однако если на РОС экипаж будет присутствовать постоянно, то целесообразность дронов-помощников может быть сомнительной, поскольку их функции можно заменить другим, менее сложным и более адаптированным к условиям станции оборудованием.
Вместе с тем разработчики могут предложить и другие конфигурации беспилотных аппаратов, например, устройства, которые передвигаются по стенам или на рельсе. Возможно, такие конструкции будут более эффективными и безопасными для экипажа и бортового оборудования.
Специалист по космическим аппаратам и руководитель отдела развития компании «Образование будущего» Илья Овчинников рассказал, что американские астронавты с 2006 года испытывали на борту МКС дроны проекта Sphere. Это система из трёх аппаратов с 18 гранями, массой 4 кг и диаметром 21 см. Для перемещения внутри станции они используют реактивные мини-двигатели с холодным углекислым газом и ультразвуковые маяки для ориентации. Беспилотники могут выполнять операции как по отдельности, так и в составе роя.
В 2019 году им на смену пришли три дрона кубической формы проекта Astrobee. 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 также означать отработку действий спутников-инспекторов или спутников-шпионов на орбите.
Беспилотники станут более востребованы в дальних космических экспедициях, например, на орбитах Луны, Марса и других небесных тел, где условия будут опасными для человека. На РОС условия не такие сложные, поэтому там будет возможность хорошо отработать применение таких устройств для решения более амбициозных задач по освоению Солнечной системы.
