Зачем нужен человек на Марсе?

[fonzeppelin]

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.

Comments

[vakhnenko.livejournal.com]

> Вообще-то, так и делают.

Ну да. Вот полетели на Луну — и в плане стояло "непременно найти образцы с неокисляемым железом!" :)

> Что значит неокисляемое?

То и значит.



В гугле много информации на тему.

[dimorlus.livejournal.com]

Тут написано про металлическое, не окисленное, железо, а не неокисляемое. Я ничего ни про какое особое лунное железо не нахожу. Что открыли-то? Состав лунного грунта? Ну ква, дальше-то что?

[vakhnenko.livejournal.com]

> не неокисляемое

Именно неокисляемое.

> Я ничего ни про какое особое лунное железо не нахож

Цитата:

В образцах лунного грунта, доставленного "Луной-16", в ГЕОХИ им. Вернадского было сразу же обнаружено чистое, неокисленное, железо. Тончайшей, в одну десятую микрона, плёнкой оно покрывает почти всю поверхность крупинок реголита. Естественно, предположили, что стоит ему оказаться в земных условиях, как оно моментально окислится. Никто в общем-то не сомневался, но решили проверить: достали кусочек реголита из "космической" камеры, и оставили на воздухе. Неделя, две, месяц. четыре месяца... не окисляется!
- Не может быть, - сказал академик Виноградов, когда ему сообщили о странном поведении лунного железа. - Проверьте еще раз и найдите свою ошибку. Это же элементарно: железо, да еще в такой степени измельчённое, должно неизбежно сгорать.
Повторили... раз, другой... не окисляется!!!

Виноградов упомянул об обнаруженном эффекте в докладе на президиуме Академии. Келдыш заметил: "Если вы поймёте, как получается на Луне такое железо, и научите нас производить его в земных условиях, то это окупит все расходы на космические исследования".

К работе подключились, помимо ГЕОХИ, сотрудники Института общей и неорганической химии АН, Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии АН, потом - Институт металлофизики АН УССР.

Опыты многократно повторялись - вначале у нас, затем и в США.
Выяснилось, что чистое, восстановленное железо составляет тончайший слой толщиной около 20 ангстрем. Глубже - обыкновенные окислы. Американские образцы, изученные в советских лабораториях, оказались еще хитрее, слоёными: чистое железо - окислы - снова чистое железо.

Была обнаружена аналогичная неокисляемость в земных условиях также лунного титана и кремния.
Открытие было зарегистрировано в Государственном реестре открытий за №219 : "Свойство неокисляемости ультрадисперсных форм простых веществ, находящихся на поверхности космических тел".
Чистые железо, титан и кремний, доставленные с Луны, в отличие от "земных" - в земной атмосфере не окисляются.

Почему?
Стали моделировать лунные условия.
Для начала земные образцы подвергали резким перепадам температуры в вакууме. Железо восстанавливалось, но ненадолго.
Бомбардировали протонами. Железо и титан восстанавливались, кремний - нет.
Обстреляли ядрами аргона - и, наконец, получилось: и железо, и титан, и кремний не только восстановились, но и впоследствии не окислялись в атмосфере.
Выходит, лунные металлы за миллионы лет закалились солнечным ветром. Металлические же плёнки, вероятнее всего, образовывались при конденсации метеоритного вещества, возгоняющегося при ударе.

Но полной имитации лунного железа (используя в качестве образцов базальты, наиболее схожие с лунными породами) получить никак не удавалось. Главное причиной было то, что вакуум в установках моментально "загрязнялся". Удалось получить лишь ничтожное количество модельного "лунного железа".
Возникли предположения: может, всё просто? Достаточно взять чистое земное железо, и оно тоже не будет окисляться? Из сверхчистого железа сделали пластинки, отполировали. Вскоре они покрылись тончайшим слоем окислов. А лунное - всё так же не ржавело.

В точности имитировать возникновение лунных неокисляемых металлов не удалось, но метод ионной бомбардировки оказался действенным.

Наглядный эксперимент: на диске из нержавейки написали "Луна", надпись обработали ионным пучком. Затем диск поместили в пары царской водки. 15 минут - и диск весь покрылся ржавчиной, а надпись - сверкала, как ни в чём не бывало.

[dimorlus.livejournal.com]

Бред какой-то.

[vakhnenko.livejournal.com]

[пожимает плечами] Я вас к воде привел. Не хотите пить — ради бога.

Напоследок могу посоветовать написать в ГЕОХИ РАН, сказать им, что они бредят.

http://www.geokhi.ru/PublishingImages/default/%D0%98%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%20%D0%90%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%B5%D0%B9%20%D0%92%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D1%80%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87-%D0%BD%D0%B5%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3.pdf

7июля 2016 г.после тяжелой болезни ушел из жизни Андрей Валерьевич Иванов -наш друг и коллега, выдающийся ученый, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник лаб.метеоритики.... В 1971 г. эти работы явились основой научного открытия “Свойство неокисляемости ультрадисперсных форм простых веществ, находящихся на поверхности космических тел”.

[dimorlus.livejournal.com]

По-моему, у вас там совсем не вода.

[vakhnenko.livejournal.com]

Вы не мне сообщения пишите, вы в ГЕОХИ РАН напишите, объясните им, что они идиоты.

[dimorlus.livejournal.com]

На хрена мне с ГЕОХИ РАН переписываться?

[vakhnenko.livejournal.com]

Ну вы же не верите в их открытие. Вот и объясните им, что они идиоты, и что вам лучше знать про неокисляемость простых веществ.

[dimorlus.livejournal.com]

Я вообще никакого открытия не вижу, скорее, курьез.