Люди vs машины: зачем человеку лететь на Марс?

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.