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

[dimorlus.livejournal.com]

У подвергшихся интенсивному облучению людей наблюдается целый спектр различных болезней.

Если рак сделать просто хроническим заболеванием, Только пока что от него умирают.

PS Если рак сделать типа насморка, то ни на какой Марс не надо лететь. Это сама по себе куда более ценная задача.

[vakhnenko.livejournal.com]

> пока что от него умирают.

Пока да. Но быть уверенным, что всегда будут — это как человеку 17 века считать, что ~четверть населения всегда будет умирать от туберкулеза.

> Если рак сделать типа насморка, то ни на какой Марс не надо лететь

"Если туберкулез сделать типа насморка, то ни в какую Америку не надо плыть" — ну, ок

[dimorlus.livejournal.com]

Но быть уверенным, что всегда будут Этого никто не знает, может всегда, может нет. Сама по себе задача лечения рака куда более важная и масштабная, чем этот никому не нужный Марс. Туберкулез, кстати, типа насморка не стал. И в Америке можно жить, на Марсе — нет.

[vakhnenko.livejournal.com]

> Этого никто не знает

А почему вы тогда уверенно говорите, что раковые заболевания предотвратят расселение людей по солнечной системе? Но ок, позиция изменилась на "никто не знает", уже лучше.

Я даже больше скажу. Рак это фигня, на деле. Когда люди начнут массово покидать земной гравитационный колодец — сто процентов начнутся масштабные генетические модификации, чтобы создать кучу разных видов Гомо Космикус. Придумать можно кучу всего, как например четыре руки вместо двух рук и двух ног? Ноги в невесомости без надобности. Как возможность быть в вакууме без скафандра в течение длительного времени? Модифицировать кожу и все места откуда может испаряться вода, сделать запас воздуха как у китов, вот это всё. И т.д. Мыслить надо ширше, однако.

> Туберкулез, кстати, типа насморка не стал

В развитом мире — чем-то таким и стал. Жрешь в день по таблетке рифампицина и изониазида в течении шести месяцов, и всё. В отдельных случаях если попадается сложный штамм нужны антибиотики второй линии, но и это ничего ужасного.

> в Америке можно жить

Могу посоветовать выяснить как выглядела жизнь людей в первых поселениях. Сколько людей умирали по дороге туда, сколько умрали там в первую зиму, сколько умирали из-за нападений туземцев, и т.д. У вас по-моему крайне оптимистичное мнение о том, как выглядела поначалу колонизация Нового Света.

[dimorlus.livejournal.com]

А почему вы тогда уверенно говорите, что раковые заболевания предотвратят расселение людей по солнечной системе? Я вообще ничего подобного не говорил и не говорю. Другое дело, что людям незачем и некуда расселяться в солнечной системе.

Я даже больше скажу. Не надо, это фантазии, и не более того.

Могу посоветовать выяснить как выглядела жизнь людей в первых поселениях. Вообще-то, в Америке всегда жили люди. До всякой колонизации. И никаких сомнений у мореплавателей в том, что можно приплыть куда-то и там жить не было, как нет сейчас никаких сомнений, что жить на Марсе, или других телах Солнечной системы нельзя.

[vakhnenko.livejournal.com]

> людям незачем и некуда расселяться в солнечной системе.

Ради бога. Сидите на печи. Солнечная система будет принадлежать другим.

> это фантазии

Все достижения научно-технического прогресса когда-то были фантазиями. Принципиально невозможного в описанном мной ничего нет, я это говорю как человек, который неплохо знает основы молекулярных биотехнологий. "Дизайнерских детей" мы скорее всего массово увидим еще на нашем веку.

> в Америке всегда жили люди

Нет, только последние ~14 тысяч лет. И у меня речь была конкретно о европейских колонистах. Могу повторить — выясните как выглядела жизнь в первых колониях оных. Про Джеймстаун почитайте, к примеру.

[dimorlus.livejournal.com]

Солнечная система будет принадлежать другим. Никому она не будет принадлежать.

Все достижения научно-технического прогресса когда-то были фантазиями. Но далеко не все фантазии стали достижениями, ничтожная их часть.

Нет, только последние ~14 тысяч лет. Типа того.

[vakhnenko.livejournal.com]

> Никому она не будет принадлежать.

Разумеется. Продолжайте сидеть на печи, ага.

[dimorlus.livejournal.com]

Вы так говорите, будто сами не на той же "печи" сидите. Смешно.

[vakhnenko.livejournal.com]

Нет, не сижу. Живу в стране которая не закукливается на Земле, работаю в компании продукты которой широко используются в космопроме, всеми силами поддерживаю экспансию человечества в Солнечную систему. Ну, пассионарных частей человечества, по крайне мере, старперы пусть продолжают сидеть на печи и тихо деградировать.

[dimorlus.livejournal.com]

Я и говорю, смешно.