Самостоятельные шаттлы: как IT-технологии изменят космические путешествия

Развитие IT-технологий в космических путешествиях тесно связано с прогрессом в области вычислительной техники и автоматизации. Первые компьютеры стали частью программ в середине XX века, когда началась космическая гонка. В 1970-х и 1980-х они приобрели более компактный размер и высокие мощности, что позволило улучшить системы управления космическими аппаратами. В это время началось активное использование ПО для моделирования и анализа полетов — это повысило точность и надежность миссий.

Появление интернета улучшило коммуникацию: космические агентства стали более эффективно обмениваться и данными и координировать свои действия. Но тогда сложно было подумать, что в последние десятилетия IT-технологии сделают значительный шаг вперед и позволят автоматизировать процессы от управления полетом 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.

По словам эксперта, в области космических путешествий уже давно применяются различные IT-технологии. Они значительно повышают качество и эффективность исследований.

«Например, технологии Big Data помогают эффективно обрабатывать, анализировать большой массив информации, выявлять паттерны, аномалии, оптимизировать ресурсы и улучшать точность полученных данных», — пояснил Александр Бон.

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

В то же время активно развивается автономность, когда современные системы управления позволяют минимизировать участие человека в рутинных операциях. Отсутствие пилота-контролера приблизит нас к длительным миссиям: автоматизированные системы самостоятельно скорректируют траекторию полета, выполнят сложные маневры и подсчитают потраченные ресурсы. Кроме того, это значительно снизит риск ошибок из-за человеческого фактора.

«Еще одна тенденция — машинное обучение, которое активно применяется в дистанционном зондировании Земли. Мы анализируем данные, полученные с космических аппаратов, причем снимки поверхности не только Земли, но и других небесных тел, например, Луны. Мы уже ищем там воду и очень успешно», — объяснил эксперт.

Что касается автономных миссий, то основой для космических аппаратов, выполняющих задачи без постоянной связи с Землей, станет искусственный интеллект. Объекты будут использовать несколько компьютеров для сбора и обработки данных о различных космических телах, смогут оптимизировать маршруты и заниматься планированием. Среди преимуществ ученые 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.

Развитие AI и IT-технологий откроют новые горизонты космических путешествий. Причем обеспечат значительное улучшение как в исследовательских, так и в эксплуатационных сферах. Подобные технологии способны отправиться в поисковую миссию для изучения поверхностей других планет или автоматизировать управление 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 Солнечные системы за пределами нашей: там они высаживаются, сами себя клонируют и потом запускают новые копии. Благодаря этому и прогнозам ученых можно колонизировать всю галактику за какие-то смешные (по временным меркам галактики) 100 миллионов лет», — предположил эксперт.

При проектировании космических аппаратов инженерам приходится учитывать сложности, которые в обозримом будущем могут появиться. В космосе электроника подвергается воздействию высокоэнергетических частиц (это протоны и тяжелые ионы), которые исходят от Солнца и из глубин космоса. Такие частицы могут проникать в материалы и вызывать ряд проблем в электронных компонентах, другими словами — провоцировать временные сбои.

Космическая радиация вызывает так называемое спонтанное переключение транзисторов, у электронщиков это называется «случайными единичными событиями». И чем дальше от Земли, тем чаще они происходят. Ошибки, соответственно, возникают и в программах. Так, на космическом аппарате «Орбита» произошел сбой из-за ошибки программного обеспечения, возникшей как раз из-за радиации. В итоге аппарат сошел 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, чтобы она выдерживала радиационные воздействия. Один из методов — писать программный код таким образом, чтобы он мог в реальном времени выявлять и исправлять вызванные случайными единичными событиями ошибки. В обоих случаях понадобятся современные инструменты.

Искусственный интеллект и IT-технологии могут сыграть решающую роль в освоении других планет и космических тел, открывая новые возможности для исследования колонизации небесных тел. Их влияние будет очень важным в условиях длительных миссий.

«Как показывают в фантастических фильмах: всю команду укладывают в криосон, а искусственный интеллект берет под контроль корабль. Вероятно, именно такие возможности технологий сыграют критическую роль в будущем, как и предварительная разведка различных небесных тел», — заключил эксперт.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России