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

[dimmoff.livejournal.com]

Какое государство? из двадцати человек, из ста?) смешно

Кардинально? Типа все это могло стоить сотни миллиардов, а будет стоить десятки миллиардов?) ну, ок, предположим деньги найти можно, ПРЕДПОЛОЖИМ! но временной лаг? туда лететь месяцы раз в двадцать, вроде? сколько времени это займет? Столетия? Либо сразу стартовать десятком ракет, тут тоже проблема, надо попробовать, оттестировать, просто "пощупать" десятки новейших технологий и все это тоже должно иметь некий временной лаг

Я не против форпоста, но время! и еще вложение денег без гарантий возврата, это тоже важно, кто на это пойдёт? Государство? Мммм...

[vakhnenko.livejournal.com]

> Какое государство? из двадцати человек, из ста?) смешно

Если что, певая пуританская колония в Новой Англии как раз и состояла из ста поселенцев :) А точнее меньше, ибо сто это те кто отправились через океан.

И есть ли у сотни человек в наше время возможность создать поселение на Земле, которое не подчиняется ни одному правительству? Такое как минимум сопряжено с трудностями, не так ли. Шарик наш ужался до невозможности, а людишек много.

> Кардинально? Типа все это могло стоить сотни миллиардов, а будет стоить десятки миллиардов?

Нет. Кардинально — это когда могло стоитm сотни миллиардов, а будет стоит сотни миллионов. Если Старшип достигнет заявленных характеристик — то это вполне реально. Сто тонн на низкой опорной орбите за два мульта зеленых это не шутки.

> туда лететь месяцы

И что? Корабли в 16 веке тоже Атлантику пересекали небыстро, мягко говоря.

> Либо сразу стартовать десятком ракет

Десятком? Чего так мало. Вы слишком мелко мыслите :)

[dimmoff.livejournal.com]

Кто пустит на Марс каких-то непонятных людей? Это же политика!) Еще долго не разрешать частные поселения, а без поддержки государства... поселение мультимиллионеров? ха-ха) Мормоны? Евреи-ортодоксы? У этих деньги есть, но не пустят, не думаю. Только после налаживания минимального быта и инфраструктуры, да и то... Вообщем, сомнительно

Вопрос не доставки груза на земную орбиту, это УЖЕ техническая задача, а доставка этих ста тонн на Марс. Сколько это будет стоить? Есть наброски? Я просто не слышал.

Тут гораздо важнее психологический аспект, фактически, ты приговариваешь себя к жизни сначала в безвоздушном пространстве, а далее в сильно замкнутом, в ОЧЕНЬ недружелюбной внешней среде. Пока не будет мини-городов под куполами или чего-то подобного, переселение частников вряд ли возможно. Опять же ни полиции, ни понятных органов власти, поселения военного типа, непросто это жизни.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Кто пустит на Марс каких-то непонятных людей? Это же политика!) Еще долго не разрешать частные поселения,

А на каком основании не разрешат? Юридически, нет никаких формальных международных запретов. Попытка же запрещать на государственном уровне, будет де-факто попыткой провозглашения суверенитета над небесными телами.

[dimmoff.livejournal.com]

Тут неплохо бы дать развернутый ответ, начиная с того, что определить с какого количества людей можно говорить о самостоятельном поселении, какими ресурсами оно должно обладать, да вопросов миллион, хотя бы, такой, а если придется эвакуировать колонию срочно, кто будет платить, а если кораблей не хватит, кто останется, а если, а если, очень много вопросов. Не сможет колония развиваться не имея много чего, это не Северная Америка 16-го века, с ее достатком и мягким климатом.
Поэтому я скажу так не пустят, просто не пустят ПОКА людей помимо государственных полетов, и я бы поддержал бы такое решение.

[vakhnenko.livejournal.com]

> Кто пустит на Марс каких-то непонятных людей?

Выше ответили

> Вопрос не доставки груза на земную орбиту, это УЖЕ техническая задача, а доставка этих ста тонн на Марс. Сколько это будет > стоить? Есть наброски? Я просто не слышал.

Емнип предполагается, что полная заправка Старшипа на орбите — 7 пусков танкеров-Старшипов. В оптимистичном сценарии это 14 миллионов. Ну, плюс стоимость самого корабля, но он многоразовый.

> Мормоны?

Кто угодно с деньгами и желанием жить в общине по своим законам. Да, мормоны тоже.

> ни полиции, ни понятных органов власти

И слава богу.

[dimmoff.livejournal.com]

США не предоставит космодром для старта таких ракет, легко притом или "попросит" того же Илона этого не делать. Мне кажется мы переходим куда-то в фантастику)

Кто угодно, это хороший ответ, но чисто практически будет все слегка по-другому, предположу)

Ага, слава богу и сразу скатятся в первобытно-общинный строй

[vakhnenko.livejournal.com]

> США не предоставит космодром

Государство, в смысле? Будто свои космодромы строить нельзя, литье бетона даже Рогозин освоил. Или вообще пуски со старых нефтедобывающих платформ из международных вод. Не проблема, в общем.

> сразу скатятся в первобытно-общинный строй

Да-да, без государственного человека с палкой обязательно скатятся. Вы в России живете, так? Менталитет слегка намекает.

[dimmoff.livejournal.com]

ок, все возможно, только зависит от сроков! и сколько времени вы даёте на старт первой частной миссии на Марс?)

Смешно, вы что, думаете западный человек выпадя из социума на несколько лет не будет меняться? Отсутствие законов, способов принуждения, вопросы организации труда и отдыха это типа автоматически все будет решаться и работать вне зависимости ни от чего? Что ж умнейшие и свободнейшие западные люди суд не отменят к примеру? Ну, хотел бы на этом закончить дискуссию, обьявив последние вопросы риторическими.

[vakhnenko.livejournal.com]

> сколько времени вы даёте на старт первой частной миссии на Марс?)

Ну, будущее непредсказуемо, и у Старшипа немалые технические риски. Но, думаю до конца декады это возможно — хотя бы в формате флаговтыка.

> Отсутствие законов

Снова менталитет :) Мол, законы это то что царь в бункере подписывает. То. что община может сама собраться и проголосовать за те или иные законы в голову не приходит.

[dimmoff.livejournal.com]

Но, думаю до конца декады это возможно — хотя бы в формате флаговтыка. как я и предполагал пошла голимая фантастика)

собраться и проголосовать, а если я не подчинюсь? то что? и сделаю все ровно наоборот? а если нас будет 20% от поселения и мы будем сильней других?

[y-a-noname.livejournal.com]

> Ага, слава богу и сразу скатятся в первобытно-общинный строй

Это их проблемы, нет? Скатятся — значит, эксперимент был неудачным. А полиция и органы власти у них появится довольно быстро.

[dimmoff.livejournal.com]

если их дела не будут затрагивать человечество... в чем я глубоко сомневаюсь

[y-a-noname.livejournal.com]

Каким образом их дела могут затронуть человечество? Разве что спасательную ракету за ними послать.

[eugene-gu.livejournal.com]

Кирилл, ну что за детский сад с "не подчинением ни одному правительству"?
Для этого совсем не нужно замахиваться на Марс: гораздо дешевле и условия намного дружелюбные для человеков ;))

[vakhnenko.livejournal.com]

> что за детский сад с "не подчинением ни одному правительству"?

Подчинение размытый термин, понятно, что если США захочет, то они Маску кислород перекроют (хотя в случае такого тот всегда в Китай может сбежать, и это надо помнить). Назовем это лучше "экстерриториальностью".

> Для этого совсем не нужно замахиваться на Марс

Хех, и где же относительно небольшая группа людей (~сотни-тысячи) с достаточным количеством денег для колонии при условии что Старшип летает как надо, может сбацать нечто экстерриториальное на Земле? Даже в каком-то сраном Сомали тут же налетят всякие уроды из ООН.

[eugene-gu.livejournal.com]

Да, в любой момент могут набежать санитары родители и навязывать свои сраные придирки! :)))

[vakhnenko.livejournal.com]

Угу. Но набижать в условное Сомали, где есть пуританская колония, и набижать на Марс — есть разница, не так ли :)

[eugene-gu.livejournal.com]

Да что там на Марс? На орбиту ведь тоже никто не набежит!
Всего делов: объявить МКС вольным городом; экстерриториальность и все дела. ;)

[y-a-noname.livejournal.com]

> Хех, и где же относительно небольшая группа людей (~сотни-тысячи) с достаточным количеством денег для колонии при условии что Старшип летает как надо, может сбацать нечто экстерриториальное на Земле?

Например, в океане. Каждый может построить свою Силандию.

[vakhnenko.livejournal.com]

Если построить что-то реально вкусное. а не сквотиться на загаженной птицами буровой платформе — по-моему тут же налетят всякие из ООН. типа ты кто такой, давай досвиданья.

[y-a-noname.livejournal.com]

ООН-то это зачем, на каких основаниях и какими силами оно станет налетать? Налететь могут государства, но опыт Силандии показывает, что всем пофиг. Для сотен человек хватит большого корабля (или флота). Правда, решать вопросы с пиратами придется самим. Потом, если построить "реально вкусное" (предположим, что сотни или тысячи человек смогли это сделать), найдутся, конечно, желающие отжать это. И тут внезапно независимое поселение выяснит, что государство и армия не просто так существуют.