Оператор сидит за бетонной стеной и через непроницаемое для вредных излучений стекло ведет наблюдение за тем, как отрабатываются все его команды. Но такой гигантской рукой нельзя управлять по схеме обычного копирующего манипулятора, и оператор с манипулятором связаны не так, как в системах прямого копирования. Оператор ведет управление, нажимая кнопки и поворачивая рукоятки, подобно тому как машинист управляет экскаватором. Такую систему ручного управления иногда называют кнопочной.
В копирующих системах оператор, воздействуя на рукоятку управляющей руки, задает и дозирует движения одновременно по нескольким или всем степеням свободы. Он строит движения самым естественным для человека способом, как правило, даже не задумываясь над тем, из каких элементарных перемещений и поворотов оно составляется. А здесь картина построения движений совсем другая.
Кнопочная система вынуждает оператора разлагать выполняемые движения на отдельные элементы с помощью тех кнопок и рукояток, которые этим элементам соответствуют. Конечно, навыки позволяют ему сравнительно быстро освоиться с таким управлением, но, как показал опыт, быстрота и точность движений при кнопочной системе все-таки значительно ниже, чем при системе прямого копирования.
Когда вы поворачиваете рукой рукоятку мясорубки, ваша кисть вместе с рукояткой описывает точную окружность; рукоятка, подчиняясь усилию руки, вместе с тем направляет ее движение. Работает то, что великий русский физиолог И. Павлов назвал "темным мышечным чувством"; именно оно позволяет, даже отвернувшись от мясорубки, успешно выполнить движение.
Рукоятку мясорубки можно повернуть механической рукой копирующего манипулятора. Его свойство отражать усилия на руку оператора и "темные мышечные чувства" помогут последнему построить необходимое для этого движение исполнительной руки.
Кнопочная система не обладает свойством отражения усилий. Пытаясь повернуть рукоятку мясорубки механической рукой манипулятора с кнопочным управлением, можно сломать мясорубку либо манипулятор.
Нам в дальнейшем еще пригодится все, что мы узнали о свойствах манипуляторов с кнопочным управлением, а сейчас вернемся в эллинг, куда поступил после испытаний атомный двигатель.
Представим себе процесс разборки реактора с помощью манипуляторов. Узел за узлом, деталь за деталью отделяют они от реактора и осторожно укладывают их в специальные стеллажи. Некоторые узлы и детали передаются для дальнейшей разборки и контроля в зоны действия других механических рук, меньших по размерам, но зато работающих по принципу прямого копирования и очувствленных по усилиям захвата.
Все процессы разборки происходят не так, как если бы люди выполняли их непосредственно. Уже теперь многое в конструкции реактора рассчитано на процессы дистанционной разборки, ремонта, сборки. Но все же это пока только зачатки дистанционных технологий.
В ближайшем будущем науке и технике не избежать необходимости заняться ими вплотную. И конструировать машины будут в расчете на такие специальные технологии.
Разборка идет успешно, но вот одно неосторожное движение - и последняя, самая важная деталь выскользнула из захвата механической руки и упала на пол. Конечно, когда реактор снова будут собирать, эту деталь можно заменить новой - комплекты запасных частей хранятся в пределах досягаемости механических рук. Но сейчас для целей контроля, выяснения того, как работала в процессе испытаний вся система, необходима именно эта деталь, ее необходимо поднять и доставить по назначению.
Кто это сделает? Копирующие манипуляторы для этого использовать нельзя; деталь находится вне их рабочей зоны и для них недосягаема. Большая рука тоже не может помочь; деталь откатилась туда, куда захват именно вследствие больших размеров этой руки вообще не может добраться или, добравшись, не может ее схватить, либо вообще эту деталь нужно сначала найти, поскольку ее не видят операторы. (Мы о них чуть не забыли, ведь в эллинге никого нет и складывается впечатление, что руки движутся и разумно работают сами по себе - автоматически!)
Возможность и такой критической ситуации предусмотрена. На "сцену" выкатывается новое "действующее лицо" - тележка на легком гусеничном ходу длиной около метра. В ее центре вертикальная колонна высотой 170 сантиметров (средний рост человека), несущая механическую руку и оснащенная "органами зрения" - двумя телекамерами и осветительными приборами. Сзади тянется кабель, по которому "маленький бродяга" (так назвали этот полуробот его конструкторы) получает мощность и управляющие сигналы со станции оператора. По этому же кабелю полуробот посылает оператору зрительную информацию, необходимую для управления.
"Маленький бродяга" может обойти все помещение, поднять руку, а с ней и "глаза", высоко вверх или опустить вниз и осмотреть пол, может увидеть деталь, взять ее рукой и отнести на место. Ему не хватает собственного "интеллекта", его действиями управляет оператор, но что касается двигательных возможностей, то в пределах эллинга - его зоны обитания - в большинстве случаев они оказываются достаточными, чтобы выполнить необходимые работы.
СЕМЕЙСТВО РАСТЕТ
"Маленький бродяга" не единственный представитель мобильных полуроботов, способных обслужить большие помещения за счет того, что умеют передвигаться, или, как говорят, оснащены опорно-двигательным аппаратом.
Широкую известность приобрел представитель машин этого класса, итальянский мобильный манипулятор "Маскот". Он также установлен на специальной тележке, которая может передвигаться вперед-назад и поворачиваться вправо-влево. В отличие от "маленького бродяги", который однорук и имеет два глаза, "Маскот" двурук, но одноглаз.
Его движениями и действиями также управляет оператор. На посту управления имеются две управляющие руки, телевизионный приемник, педальное устройство под ногами оператора. Он управляет движениями тележки, нажимая ногами на педали. Оператор движет ногами - полуробот "ходит" по помещению, механические руки копируют движения рук оператора, "телеглаза" обеспечивают эффект присутствия человека в рабочей зоне, и если обе части биотехнической системы хорошо подогнаны одна к другой, то оператор ощущает движения и действия полуробота как свои собственные.
Однажды, свыше 10 лет тому назад, подобный полуробот стал "героем" сенсационного события. В Чикагском (США) городском госпитале из контейнера случайно выпала капсула с радиоактивным кобальтом, размером с тюбик губной помады, и затерялась. Она несла смертельную опасность. Угрожающее положение было ликвидировано, когда вызванные из атомного центра полуробот и обслуживающие его операторы нашли "тюбик" и "заперли" его в контейнер.
Мы рассказали о технологии работ в гигантском эллинге. Но как атомный двигатель доставили туда?
Как его до этого обслуживали на испытаниях? Ведь он представлял угрозу в любой момент и в любом месте, и на всех этапах работы с ним нужны специальное дистанционное управляемое оборудование и машины или оборудование и машины, непосредственно управляемые человеком, надежно защищающие его от проникающих излучений.
Такие машины тоже уже давно существуют. Так, например, больше 15 лет назад был построен мобильный манипуляторный агрегат "Жук" (США). Это гигантская машина на танковом шасси, несущем трехместную кабину, облицованную защитными свинцовыми плитами толщиной 30 сантиметров и весящую из-за этого 85 тонн.
Внутри кабины расположены перископ, три телевизора и системы управления движениями шасси и двух манипуляторов с кнопочным управлением, обладающих каждый девятью степенями подвижности. Длина р"ки в вытянутом положении достигает 5 метров.
"Жук" предназначен именно для тех работ, какие только что упоминались: для обслуживания атомчыч двигателей на аэродромах, в аварийных ситуациях, для демонтажа установок. Но он был построен в единственном экземпляре. Его стоимость и сложность обеспечения безопасности команды оказались слишком высокими и не окупались ожидаемыми выгодами, вытекающими из присутствия операторов в непосредственной близости к месту событий.
Преимущество здесь пока за телесистемами, с помощью которых задачи управления, остающиеся уделом человека, можно решать в условиях его полной безопасности. И семейство таких полуроботов продолжает расширяться. Достаточно в качестве примера указать на целую серию машин с дистанционным управлением под общим названием "МОБОТ" (мобильный робот), которая на протяжении многих лет строится и совершенствуется с конечной целью создать универсальную дистанционно управляемую систему.
Мы не будем подробно перечислять всех представителей этой быстро увеличивающейся семьи, тем более что сейчас уже наступил тот период, когда процесс ее "размножения" приобрел характер цепной реакции.
Нескольких примеров, с которыми вы познакомились, достаточно, чтобы увидеть, что полуроботы по своей структуре и устройству составляют особый тип машин без ярко выраженной специализации, пригодных для самых различных работ, для выполнения движений, по объему, сложности и универсальности в какой-то мере приближающихся к человеческим. И с конструктивной точки зрения, несмотря на их разнообразие, они имеют специфические черты, сближающие их между собой и отличающие от любых других машин. Механические руки, органы "зрения", наличие опорно-двигательного аппарата - все эти элементы неизбежно присутствуют в любой модели. А делится все семейство полуроботов на два клана - на так называемые обитаемые системы и системы дистанционно управляемые.
Среди приведенных нами примеров имеются представители обоих кланов. "Жук" - машина обитаемая, оператор непосредственно управляет "механическими руками" и непосредственно может наблюдать за тем, что происходит в рабочей зоне. "МОБОТ" - дистанционно управляемая система, или, как иногда говорят, телесистема. Оператор управляет механическими руками не непосредственно; он может находиться далеко, даже очень далеко от них. Конечно, наблюдать за местом событий ему сложнее, но зато он в полной безопасности. Рядом с ним может находиться много людей, много специалистов, не занятых функциями управления и могущих выполнять ряд других важных обязанностей.
Эффект непосредственного присутствия обходится дорого, причем тем дороже, чем большему числу людей понадобится им воспользоваться. Казалось бы, все говорит в пользу телеуправляемых систем. Но нет! Во многих случаях без обитаемых систем обойтись просто невозможно, сейчас вы сами в этом убедитесь.
В ПОДВОДНОМ ЦАРСТВЕ
Человек живет на суше - участке пространства, окруженном двумя океанами - воздушным и водным.
Чтобы проникнуть в них, он прибегает к одному и тому же способу созданию искусственного "микропространства". Первым из людей, побывавшим в недрах водного океана, был швейцарский физик О. Пикар; в 1953 году у побережья Италии в батискафе - глубоководном автономном (самоходном) аппарате для океанографических и других исследований - своей конструкции он опустился us глубину свыше трех километров, отпраздновав таким необычным способом свое семидесятилетие.
Любопытно, что тот же О. Пикар первым в мире вырвался из земной атмосферы; в 1931 году в гондоле стратостата он поднялся на высоту свыше 16 километров. Этот его рекорд продержался недолго. В 1933 году он был побит советскими стратонавтами Г. Прокофьевым, К. Годуновым и Э. Бирнбаумом, поднявшимися на стратостате "СССР-1" на высоту около 20 километров.
После первых погружений О. Пикар вместе с сыном Жаком приступили к постройке глубоководного обитаемого аппарата "Триест". Главной целью при этом ставилось добиться максимальной глубины погружения.
23 января 1960 года "Триест" с Ж- Пикаром и Доном Волшем на борту установил абсолютный рекорд глубины погружения, достигнув дна Марианской впадины - глубокого желоба в Тихом океане - с отметкой 10912 метров.
Однако если глубоководные корабли не оснастить средствами активного взаимодействия со средой, то человек в глубинах океана останется в роли пассивного наблюдателя.
Это было ясно самим Пикарам. Поэтому после первого же погружения "Триеста" началась работа по оснащению его манипулятором - к тому времени в атомной промышленности уже был накоплен большой опыт в области создания таких систем.
В 1961 году, за год до смерти О. Пикара, "Триест"
стал первым глубоководным аппаратом, оснащенным механической рукой. Когда в 1963 году в Атлантическом океане погибла американская подводная лодка "Трэшер", вместе с другими спасательными средствами в район ее гибели был доставлен и "Триест", и именно он нашел, взял своей рукой и поднял на поверхность кусок трубы с "Трэшера", значительно сузив, таким образом, район поисков.
С тех пор прошло меньше 15 лет, но уже сегодня в океанских глубинах работают десятки обитаемых глубоководных аппаратов, и, наверное, не один десяток новых разрабатывается в лабораториях и конструкторских бюро. Эти корабли вооружают механическими руками - одной, двумя, четырьмя - в зависимости от назначения: они делают то, о чем и не мечтал капитан "Наутилуса".
Может быть, пока еще рано считать, что в этой области уже началась "цепная реакция", подобная той, что идет в атомной промышленности. Но это только пока!
Народонаселение нашей планеты быстро растет.
Человечеству нужно жизненное пространство. Не только такое, где люди могут непосредственно жить! Ему нужны пространства, которые бы могли его снабдить всем необходимым, откуда он мог бы черпать естественные богатства, где он мог бы выращивать продукты питания. Подводное царство, безусловно, может служить, а в некоторых случаях уже служит таким пространством. Например, в Японии две трети всей потребности в белковой пище удовлетворяется урожаем, собираемым с океанских "полей-".
Одна из важнейших областей применения глубоководных обитаемых аппаратов - океанографические исследования: изучение различных свойств океана,сбор образцов и коллекций на его дне и в придонных слоях воды.
Если вспомнить, что Мировой океан покрывает 2/3 земного шара и вмещает 1,5 миллиарда кубических метров воды, то становится ясным гигантский объем исследований, к которым люди пока еще только начинают приступать.
Сети, драги, тралы и другая подобная техника, работающая "на привязи", чрезвычайно полезна; но, пользуясь ею, исследователь все-таки не имеет возможности получить полное представление о рабочей зоне, в которой идут измерения, производится сбор образцов.
Находясь в обитаемом аппарате, человек видит топографию дна, может осмотреть большую поверхность, различить естественные цвета и формы, выбрать объект исследования, оценить его значимость, запомнить положение.
Между сухопутным "Жуком" и глубоководным "Триестом" много общего: они оба дают возможность человеку существовать и работать в условиях и средах, требующих специальной защиты, могут автономно передвигаться, оснащены механическими руками. Другими словами, "Триест" и его "потомки", а их сейчас уже много, - это те же полуроботы, только работающие не па суше, а в воде. Их конструкции разнообразны и определяются их назначением.
Практика многократно свидетельствует, что без обитаемых систем в океанских глубинах обойтись невозможно. Вот еще пример.
В 1976 году вслед за катастрофой "Трэшера" американские летчики "потеряли" у берегов Испании ни много ни мало водородную бомбу! Глубина в этом районе достигает почти километра. Бомбу нашли и извлекли на поверхность с помощью двух различных аппаратов.
На первом этапе, при обнаружении бомбы, был необходим эффект присутствия человека, то есть нужен был обитаемый аппарат. Честь найти водородную бомбу выпала на долю океанографического аппарата "Элвин". Систематический осмотр дна в предполагаемом районе нахождения бомбы в конце концов привел к успеху. Но работа эта оказалась весьма сложной.
Экипаж "Элвина", обнаружив бомбу, поднялся, чтобы сообщить об этом, а погрузившись вторично, не нашел ее и вынужден был вновь начать поиск в лабиринте камней, неровностей и наносов.
Наконец положение бомбы было зафиксировано.
Но своей одной рукой "Элвин" не мог ни взять ее, ни присоединить к ней трос для подъема. И даже если бы размеры захвата позволили ему ухватить бомбу, он все равно не смог бы ее поднять из-за недостаточной грузоподъемности.
Этап поиска благополучно завершился, а чтобы поднять бомбу, пришлось использовать уже не обитаемый, а телеуправляемый полуробот.
За несколько лет до происшествия с бомбой был построен аппарат для подъема с морского дна учебных и экспериментальных торпед и ракет. Он работает "на привязи", оснащен механической рукой - захватом, телекамерой, осветительной аппаратурой. Этот полуробот водоплавающий. Такие свойства придает ему набор баллонов, укрепленных на аппарате и подобранных по весу так, что аппарат в воде находится в положении безразличного равновесия. Автономное его перемещение обеспечивается тремя винтами, получающими вращение от специальных электродвигателей.
Длинный кабель, позволяющий ему опускаться на большие глубины, выполняет множество функций энергетического и информационного характера. По нему передается энергия, необходимая двигателям, телевизионное изображение на пост управления, управляющие сигналы с пульта управления.
Способ работы этого аппарата сводится к следующему. При каждом погружении он нацеливается на взятие совершенно определенного объекта. Его задача состоит только в том, чтобы, найдя объект, выдвинуть необходимым образом захват и замкнуть его на объекте: непосредственно процедурой вытаскивания он не занимается. Захват, замкнувшийся на объекте, остается на нем в виде ошейника и отсоединяется от аппарата.
Ошейник соединен с подъемным тросом, уходящим на надводный корабль-матку, обслуживающий аппарат и вытаскивающий схваченный объект.
Ко времени "эпопеи" с водородной бомбой этот аппарат уже успел выудить из морских глубин 37 ракет и торпед. Подъем водородной бомбы увенчал его успехи и послужил толчком к постройке ряда специализированных аппаратов подобного назначения.
Покорение глубин океана связано с необходимостью решать сложные инженерные задачи самого различного характера. Для этого необходим обширный парк самых различных машин, полуроботы обоих кланов - обитаемые и телеуправляемые.
Мы все время подчеркивали то общее, что можно уловить в полуроботах океанских и сухопутных. Но, конечно, имеются и специфические проблемы для тех и других, навязываемые средой их обитания.
Для океанских, например, одна из важнейших проблем связана с техникой погружения. Как быстро и безопасно добраться до нужной глубины? Как добиться, чтобы в процессе погружения и работы на глубинах корабль не терял равновесия? Как согласовать прочность и плавучесть корабля? Как обеспечить удобное положение аппарата по отношению к рабочему объекту?
Сделать это можно по-разному. Уцепиться за объект манипулирования; либо выполнить задание, паря в воде над объектом; либо, наконец, стать непосредственно на дно (есть и такие аппараты). В каком случае какой из этих трех возможных способов предпочтителен?
От успешного решения этих проблем зависит эффективность применения глубоководных полуроботоз, их способность быстро и точно двигаться, занимать удобные положения, работать механическими руками.
Про океанское дно люди сегодня знают, вероятно, немногим больше, чем двести лет назад они знали про сушу, про географию материков, про их фадру и фауну, про содержимое их недр. Сейчас наступил момент, когда наука и техника уже проникают в океан. Широкое освоение его богатств сопряжено с большими трудностями. Но трудность трудности рознь! Есть трудности, с которыми может справиться только фантаст, точнее, фантазер. А есть трудности, что преодолеваются в ходе научно-технического прогресса. Трудности освоения океана - трудности именно такого рода. Цепная реакция здесь неизбежна. Роботы будут работать в подводном царстве.
ПОЛУРОБОТЫ В КОСМОСЕ
17 ноября 1970 года реактивный "ковер-самолет"
доставил на Луну автоматическую станцию "Луна-17".
"Луноход-1", установленный на посадочной ступени этой станции, по команде с Земли съехал на поверхность Луны и приступил к выполнению программы исследований.
Его экипаж жил и работал на Земле в привычных условиях и вместе с тем неделя за неделей, месяц за месяцем "объезжал" намеченные участки лунной поверхности, останавливаясь в случае необходимости на долгое время. Эти остановки не оборачивались для экипажа изнурительным бездельем и не требовали особых мер для его жизнеобеспечения. Как в этом случае не признать, что у телеуправляемых аппаратов уже сейчас есть ряд существенных преимуществ по сравнению с обитаемыми? А в будущем?
Некоторым ориентиром при попытке ответить на этот вопрос может служить то соображение, что технические средства все время совершенствуются, расширяются их возможности и т. д. В силу этого эффект их использования, вероятно, будет приближаться к тому эффекту, который достигается при непосредственном присутствии оператора на месте событий.
Создание орбитальных и лунных станций из области научной фантастики перешло в область сложных, но вполне реальных научных и инженерных задач. И уже сравнительно давно стало ясно, что для их решения должны будут использоваться манипуляторы и роботы самых различных типов и назначений.
Искусственные небесные тела - спутники и орбитальные станции - это технические объекты, системы механизмов и устройств, нуждающиеся, как любые другие машины и механизмы, в управлении, контроле, ремонте, обслуживании. Три способа удовлетворить эти нужды уже использованы в космической технике.
Один из них состоит в том, что все действия приборов и систем, порядок их работы, время включения и выключения заранее запрограммированы и выполняются автоматически. С момента запуска в космос спутник начинает жить своей собственной жизнью - он отделен от человека, не требует никаких забот, кроме тех, что связаны, например, с получением от него полезной информации.
Второй способ основан на применении специализированных систем управления, по схемам действия подобных кнопочным системам. Нажатие кнопок на пульте управления наземной станции влечет за собой заранее оговоренный конструкцией системы результат:
переориентацию спутника в пространстве, переключение электронных блоков и т. д. Это типичная телеуправляемая система.
Наконец, третий способ состоит в том, чтобы сделать спутник обитаемым, поместив в него космонавта.
Мы уже знаем, что чем шире и активнее в работе системы участвует человек, тем более четкой и функционально богатой она становится.
Три типа спутников постоянно или время от времени циркулируют в околоземном пространстве - автоматические, телеуправляемые и обитаемые. И такого же типа орбитальные спутники составят еще один важный этап на пути овладения космосом.
Но когда речь идет о поддержании или восстановлении работоспособности спутников и орбитальных станций, когда обсуждаются устройства и принципы действия аппаратов, которым эти работы предстоит выполнять, автоматические системы не рассматриваются.
Сегодня для этих целей считается возможным применять только обитаемые или телеуправляемые аппараты, которые по идеям, заложенным в их конструкции, подобны сухопутным и глубоководным полуроботам.
Подобны по той простой причине, что все это "семейство" призвано работать в условиях, недоступных человеку, или, как часто пишут в специальной литературе, в экстремальных условиях.
При создании космических аппаратов добавляются еще две трудности, обусловленные невесомостью и колоссальными расстояниями, на которые необходимо передавать всю информацию, сигналы управления, сигналы обратной связи.
Как уже говорилось в первой главе, таких аппаратов сейчас не существует в натуре, но рисунки, чертежи, проекты, хотя они публикуются очень скупо, все-таки дают представление о том, какими путями идут мысли конструкторов.
Космическое такси - такое название они дали обитаемому аппарату, предназначенному для обслуживания и ремонта спутников и космических станций. Это своеобразная капсула, рассчитанная на одного оператора, как бы "костюм" космонавта. Она имеет достаточно жесткую конструкцию, позволяющую снаружи прикрепить к ней небольшие ракетные двигатели и пять механических рук. Размеры этого аппарата достаточны, чтобы внутри его устроить пост управления этими руками и двигателями, используемыми для движения в космосе и сближения с обслуживаемым объектом.
Космическая станция может служить базой, гаражом для нескольких таких такси, где их операторы будут проводить свободное от работы время. А в рабочее время они будут обслуживать, ремонтировать, собирать и разбирать, заменять части и узлы спутников связи, метеорологических спутников, телевизионных спутников и т. п.
Конструкторы не питают надежды, что аппарат в условиях невесомости и абсолютного вакуума сумеет, сблизившись с объектом, парить над ним. Три руки пятирукой капсулы предназначены для того, чтобы она ими могла надежно прикрепиться к объекту. Две другие руки, обладающие каждая семью степенями подвижности, предназначены для выполнения всех необходимых работ.
В копирующих системах оператор, воздействуя на рукоятку управляющей руки, задает и дозирует движения одновременно по нескольким или всем степеням свободы. Он строит движения самым естественным для человека способом, как правило, даже не задумываясь над тем, из каких элементарных перемещений и поворотов оно составляется. А здесь картина построения движений совсем другая.
Кнопочная система вынуждает оператора разлагать выполняемые движения на отдельные элементы с помощью тех кнопок и рукояток, которые этим элементам соответствуют. Конечно, навыки позволяют ему сравнительно быстро освоиться с таким управлением, но, как показал опыт, быстрота и точность движений при кнопочной системе все-таки значительно ниже, чем при системе прямого копирования.
Когда вы поворачиваете рукой рукоятку мясорубки, ваша кисть вместе с рукояткой описывает точную окружность; рукоятка, подчиняясь усилию руки, вместе с тем направляет ее движение. Работает то, что великий русский физиолог И. Павлов назвал "темным мышечным чувством"; именно оно позволяет, даже отвернувшись от мясорубки, успешно выполнить движение.
Рукоятку мясорубки можно повернуть механической рукой копирующего манипулятора. Его свойство отражать усилия на руку оператора и "темные мышечные чувства" помогут последнему построить необходимое для этого движение исполнительной руки.
Кнопочная система не обладает свойством отражения усилий. Пытаясь повернуть рукоятку мясорубки механической рукой манипулятора с кнопочным управлением, можно сломать мясорубку либо манипулятор.
Нам в дальнейшем еще пригодится все, что мы узнали о свойствах манипуляторов с кнопочным управлением, а сейчас вернемся в эллинг, куда поступил после испытаний атомный двигатель.
Представим себе процесс разборки реактора с помощью манипуляторов. Узел за узлом, деталь за деталью отделяют они от реактора и осторожно укладывают их в специальные стеллажи. Некоторые узлы и детали передаются для дальнейшей разборки и контроля в зоны действия других механических рук, меньших по размерам, но зато работающих по принципу прямого копирования и очувствленных по усилиям захвата.
Все процессы разборки происходят не так, как если бы люди выполняли их непосредственно. Уже теперь многое в конструкции реактора рассчитано на процессы дистанционной разборки, ремонта, сборки. Но все же это пока только зачатки дистанционных технологий.
В ближайшем будущем науке и технике не избежать необходимости заняться ими вплотную. И конструировать машины будут в расчете на такие специальные технологии.
Разборка идет успешно, но вот одно неосторожное движение - и последняя, самая важная деталь выскользнула из захвата механической руки и упала на пол. Конечно, когда реактор снова будут собирать, эту деталь можно заменить новой - комплекты запасных частей хранятся в пределах досягаемости механических рук. Но сейчас для целей контроля, выяснения того, как работала в процессе испытаний вся система, необходима именно эта деталь, ее необходимо поднять и доставить по назначению.
Кто это сделает? Копирующие манипуляторы для этого использовать нельзя; деталь находится вне их рабочей зоны и для них недосягаема. Большая рука тоже не может помочь; деталь откатилась туда, куда захват именно вследствие больших размеров этой руки вообще не может добраться или, добравшись, не может ее схватить, либо вообще эту деталь нужно сначала найти, поскольку ее не видят операторы. (Мы о них чуть не забыли, ведь в эллинге никого нет и складывается впечатление, что руки движутся и разумно работают сами по себе - автоматически!)
Возможность и такой критической ситуации предусмотрена. На "сцену" выкатывается новое "действующее лицо" - тележка на легком гусеничном ходу длиной около метра. В ее центре вертикальная колонна высотой 170 сантиметров (средний рост человека), несущая механическую руку и оснащенная "органами зрения" - двумя телекамерами и осветительными приборами. Сзади тянется кабель, по которому "маленький бродяга" (так назвали этот полуробот его конструкторы) получает мощность и управляющие сигналы со станции оператора. По этому же кабелю полуробот посылает оператору зрительную информацию, необходимую для управления.
"Маленький бродяга" может обойти все помещение, поднять руку, а с ней и "глаза", высоко вверх или опустить вниз и осмотреть пол, может увидеть деталь, взять ее рукой и отнести на место. Ему не хватает собственного "интеллекта", его действиями управляет оператор, но что касается двигательных возможностей, то в пределах эллинга - его зоны обитания - в большинстве случаев они оказываются достаточными, чтобы выполнить необходимые работы.
СЕМЕЙСТВО РАСТЕТ
"Маленький бродяга" не единственный представитель мобильных полуроботов, способных обслужить большие помещения за счет того, что умеют передвигаться, или, как говорят, оснащены опорно-двигательным аппаратом.
Широкую известность приобрел представитель машин этого класса, итальянский мобильный манипулятор "Маскот". Он также установлен на специальной тележке, которая может передвигаться вперед-назад и поворачиваться вправо-влево. В отличие от "маленького бродяги", который однорук и имеет два глаза, "Маскот" двурук, но одноглаз.
Его движениями и действиями также управляет оператор. На посту управления имеются две управляющие руки, телевизионный приемник, педальное устройство под ногами оператора. Он управляет движениями тележки, нажимая ногами на педали. Оператор движет ногами - полуробот "ходит" по помещению, механические руки копируют движения рук оператора, "телеглаза" обеспечивают эффект присутствия человека в рабочей зоне, и если обе части биотехнической системы хорошо подогнаны одна к другой, то оператор ощущает движения и действия полуробота как свои собственные.
Однажды, свыше 10 лет тому назад, подобный полуробот стал "героем" сенсационного события. В Чикагском (США) городском госпитале из контейнера случайно выпала капсула с радиоактивным кобальтом, размером с тюбик губной помады, и затерялась. Она несла смертельную опасность. Угрожающее положение было ликвидировано, когда вызванные из атомного центра полуробот и обслуживающие его операторы нашли "тюбик" и "заперли" его в контейнер.
Мы рассказали о технологии работ в гигантском эллинге. Но как атомный двигатель доставили туда?
Как его до этого обслуживали на испытаниях? Ведь он представлял угрозу в любой момент и в любом месте, и на всех этапах работы с ним нужны специальное дистанционное управляемое оборудование и машины или оборудование и машины, непосредственно управляемые человеком, надежно защищающие его от проникающих излучений.
Такие машины тоже уже давно существуют. Так, например, больше 15 лет назад был построен мобильный манипуляторный агрегат "Жук" (США). Это гигантская машина на танковом шасси, несущем трехместную кабину, облицованную защитными свинцовыми плитами толщиной 30 сантиметров и весящую из-за этого 85 тонн.
Внутри кабины расположены перископ, три телевизора и системы управления движениями шасси и двух манипуляторов с кнопочным управлением, обладающих каждый девятью степенями подвижности. Длина р"ки в вытянутом положении достигает 5 метров.
"Жук" предназначен именно для тех работ, какие только что упоминались: для обслуживания атомчыч двигателей на аэродромах, в аварийных ситуациях, для демонтажа установок. Но он был построен в единственном экземпляре. Его стоимость и сложность обеспечения безопасности команды оказались слишком высокими и не окупались ожидаемыми выгодами, вытекающими из присутствия операторов в непосредственной близости к месту событий.
Преимущество здесь пока за телесистемами, с помощью которых задачи управления, остающиеся уделом человека, можно решать в условиях его полной безопасности. И семейство таких полуроботов продолжает расширяться. Достаточно в качестве примера указать на целую серию машин с дистанционным управлением под общим названием "МОБОТ" (мобильный робот), которая на протяжении многих лет строится и совершенствуется с конечной целью создать универсальную дистанционно управляемую систему.
Мы не будем подробно перечислять всех представителей этой быстро увеличивающейся семьи, тем более что сейчас уже наступил тот период, когда процесс ее "размножения" приобрел характер цепной реакции.
Нескольких примеров, с которыми вы познакомились, достаточно, чтобы увидеть, что полуроботы по своей структуре и устройству составляют особый тип машин без ярко выраженной специализации, пригодных для самых различных работ, для выполнения движений, по объему, сложности и универсальности в какой-то мере приближающихся к человеческим. И с конструктивной точки зрения, несмотря на их разнообразие, они имеют специфические черты, сближающие их между собой и отличающие от любых других машин. Механические руки, органы "зрения", наличие опорно-двигательного аппарата - все эти элементы неизбежно присутствуют в любой модели. А делится все семейство полуроботов на два клана - на так называемые обитаемые системы и системы дистанционно управляемые.
Среди приведенных нами примеров имеются представители обоих кланов. "Жук" - машина обитаемая, оператор непосредственно управляет "механическими руками" и непосредственно может наблюдать за тем, что происходит в рабочей зоне. "МОБОТ" - дистанционно управляемая система, или, как иногда говорят, телесистема. Оператор управляет механическими руками не непосредственно; он может находиться далеко, даже очень далеко от них. Конечно, наблюдать за местом событий ему сложнее, но зато он в полной безопасности. Рядом с ним может находиться много людей, много специалистов, не занятых функциями управления и могущих выполнять ряд других важных обязанностей.
Эффект непосредственного присутствия обходится дорого, причем тем дороже, чем большему числу людей понадобится им воспользоваться. Казалось бы, все говорит в пользу телеуправляемых систем. Но нет! Во многих случаях без обитаемых систем обойтись просто невозможно, сейчас вы сами в этом убедитесь.
В ПОДВОДНОМ ЦАРСТВЕ
Человек живет на суше - участке пространства, окруженном двумя океанами - воздушным и водным.
Чтобы проникнуть в них, он прибегает к одному и тому же способу созданию искусственного "микропространства". Первым из людей, побывавшим в недрах водного океана, был швейцарский физик О. Пикар; в 1953 году у побережья Италии в батискафе - глубоководном автономном (самоходном) аппарате для океанографических и других исследований - своей конструкции он опустился us глубину свыше трех километров, отпраздновав таким необычным способом свое семидесятилетие.
Любопытно, что тот же О. Пикар первым в мире вырвался из земной атмосферы; в 1931 году в гондоле стратостата он поднялся на высоту свыше 16 километров. Этот его рекорд продержался недолго. В 1933 году он был побит советскими стратонавтами Г. Прокофьевым, К. Годуновым и Э. Бирнбаумом, поднявшимися на стратостате "СССР-1" на высоту около 20 километров.
После первых погружений О. Пикар вместе с сыном Жаком приступили к постройке глубоководного обитаемого аппарата "Триест". Главной целью при этом ставилось добиться максимальной глубины погружения.
23 января 1960 года "Триест" с Ж- Пикаром и Доном Волшем на борту установил абсолютный рекорд глубины погружения, достигнув дна Марианской впадины - глубокого желоба в Тихом океане - с отметкой 10912 метров.
Однако если глубоководные корабли не оснастить средствами активного взаимодействия со средой, то человек в глубинах океана останется в роли пассивного наблюдателя.
Это было ясно самим Пикарам. Поэтому после первого же погружения "Триеста" началась работа по оснащению его манипулятором - к тому времени в атомной промышленности уже был накоплен большой опыт в области создания таких систем.
В 1961 году, за год до смерти О. Пикара, "Триест"
стал первым глубоководным аппаратом, оснащенным механической рукой. Когда в 1963 году в Атлантическом океане погибла американская подводная лодка "Трэшер", вместе с другими спасательными средствами в район ее гибели был доставлен и "Триест", и именно он нашел, взял своей рукой и поднял на поверхность кусок трубы с "Трэшера", значительно сузив, таким образом, район поисков.
С тех пор прошло меньше 15 лет, но уже сегодня в океанских глубинах работают десятки обитаемых глубоководных аппаратов, и, наверное, не один десяток новых разрабатывается в лабораториях и конструкторских бюро. Эти корабли вооружают механическими руками - одной, двумя, четырьмя - в зависимости от назначения: они делают то, о чем и не мечтал капитан "Наутилуса".
Может быть, пока еще рано считать, что в этой области уже началась "цепная реакция", подобная той, что идет в атомной промышленности. Но это только пока!
Народонаселение нашей планеты быстро растет.
Человечеству нужно жизненное пространство. Не только такое, где люди могут непосредственно жить! Ему нужны пространства, которые бы могли его снабдить всем необходимым, откуда он мог бы черпать естественные богатства, где он мог бы выращивать продукты питания. Подводное царство, безусловно, может служить, а в некоторых случаях уже служит таким пространством. Например, в Японии две трети всей потребности в белковой пище удовлетворяется урожаем, собираемым с океанских "полей-".
Одна из важнейших областей применения глубоководных обитаемых аппаратов - океанографические исследования: изучение различных свойств океана,сбор образцов и коллекций на его дне и в придонных слоях воды.
Если вспомнить, что Мировой океан покрывает 2/3 земного шара и вмещает 1,5 миллиарда кубических метров воды, то становится ясным гигантский объем исследований, к которым люди пока еще только начинают приступать.
Сети, драги, тралы и другая подобная техника, работающая "на привязи", чрезвычайно полезна; но, пользуясь ею, исследователь все-таки не имеет возможности получить полное представление о рабочей зоне, в которой идут измерения, производится сбор образцов.
Находясь в обитаемом аппарате, человек видит топографию дна, может осмотреть большую поверхность, различить естественные цвета и формы, выбрать объект исследования, оценить его значимость, запомнить положение.
Между сухопутным "Жуком" и глубоководным "Триестом" много общего: они оба дают возможность человеку существовать и работать в условиях и средах, требующих специальной защиты, могут автономно передвигаться, оснащены механическими руками. Другими словами, "Триест" и его "потомки", а их сейчас уже много, - это те же полуроботы, только работающие не па суше, а в воде. Их конструкции разнообразны и определяются их назначением.
Практика многократно свидетельствует, что без обитаемых систем в океанских глубинах обойтись невозможно. Вот еще пример.
В 1976 году вслед за катастрофой "Трэшера" американские летчики "потеряли" у берегов Испании ни много ни мало водородную бомбу! Глубина в этом районе достигает почти километра. Бомбу нашли и извлекли на поверхность с помощью двух различных аппаратов.
На первом этапе, при обнаружении бомбы, был необходим эффект присутствия человека, то есть нужен был обитаемый аппарат. Честь найти водородную бомбу выпала на долю океанографического аппарата "Элвин". Систематический осмотр дна в предполагаемом районе нахождения бомбы в конце концов привел к успеху. Но работа эта оказалась весьма сложной.
Экипаж "Элвина", обнаружив бомбу, поднялся, чтобы сообщить об этом, а погрузившись вторично, не нашел ее и вынужден был вновь начать поиск в лабиринте камней, неровностей и наносов.
Наконец положение бомбы было зафиксировано.
Но своей одной рукой "Элвин" не мог ни взять ее, ни присоединить к ней трос для подъема. И даже если бы размеры захвата позволили ему ухватить бомбу, он все равно не смог бы ее поднять из-за недостаточной грузоподъемности.
Этап поиска благополучно завершился, а чтобы поднять бомбу, пришлось использовать уже не обитаемый, а телеуправляемый полуробот.
За несколько лет до происшествия с бомбой был построен аппарат для подъема с морского дна учебных и экспериментальных торпед и ракет. Он работает "на привязи", оснащен механической рукой - захватом, телекамерой, осветительной аппаратурой. Этот полуробот водоплавающий. Такие свойства придает ему набор баллонов, укрепленных на аппарате и подобранных по весу так, что аппарат в воде находится в положении безразличного равновесия. Автономное его перемещение обеспечивается тремя винтами, получающими вращение от специальных электродвигателей.
Длинный кабель, позволяющий ему опускаться на большие глубины, выполняет множество функций энергетического и информационного характера. По нему передается энергия, необходимая двигателям, телевизионное изображение на пост управления, управляющие сигналы с пульта управления.
Способ работы этого аппарата сводится к следующему. При каждом погружении он нацеливается на взятие совершенно определенного объекта. Его задача состоит только в том, чтобы, найдя объект, выдвинуть необходимым образом захват и замкнуть его на объекте: непосредственно процедурой вытаскивания он не занимается. Захват, замкнувшийся на объекте, остается на нем в виде ошейника и отсоединяется от аппарата.
Ошейник соединен с подъемным тросом, уходящим на надводный корабль-матку, обслуживающий аппарат и вытаскивающий схваченный объект.
Ко времени "эпопеи" с водородной бомбой этот аппарат уже успел выудить из морских глубин 37 ракет и торпед. Подъем водородной бомбы увенчал его успехи и послужил толчком к постройке ряда специализированных аппаратов подобного назначения.
Покорение глубин океана связано с необходимостью решать сложные инженерные задачи самого различного характера. Для этого необходим обширный парк самых различных машин, полуроботы обоих кланов - обитаемые и телеуправляемые.
Мы все время подчеркивали то общее, что можно уловить в полуроботах океанских и сухопутных. Но, конечно, имеются и специфические проблемы для тех и других, навязываемые средой их обитания.
Для океанских, например, одна из важнейших проблем связана с техникой погружения. Как быстро и безопасно добраться до нужной глубины? Как добиться, чтобы в процессе погружения и работы на глубинах корабль не терял равновесия? Как согласовать прочность и плавучесть корабля? Как обеспечить удобное положение аппарата по отношению к рабочему объекту?
Сделать это можно по-разному. Уцепиться за объект манипулирования; либо выполнить задание, паря в воде над объектом; либо, наконец, стать непосредственно на дно (есть и такие аппараты). В каком случае какой из этих трех возможных способов предпочтителен?
От успешного решения этих проблем зависит эффективность применения глубоководных полуроботоз, их способность быстро и точно двигаться, занимать удобные положения, работать механическими руками.
Про океанское дно люди сегодня знают, вероятно, немногим больше, чем двести лет назад они знали про сушу, про географию материков, про их фадру и фауну, про содержимое их недр. Сейчас наступил момент, когда наука и техника уже проникают в океан. Широкое освоение его богатств сопряжено с большими трудностями. Но трудность трудности рознь! Есть трудности, с которыми может справиться только фантаст, точнее, фантазер. А есть трудности, что преодолеваются в ходе научно-технического прогресса. Трудности освоения океана - трудности именно такого рода. Цепная реакция здесь неизбежна. Роботы будут работать в подводном царстве.
ПОЛУРОБОТЫ В КОСМОСЕ
17 ноября 1970 года реактивный "ковер-самолет"
доставил на Луну автоматическую станцию "Луна-17".
"Луноход-1", установленный на посадочной ступени этой станции, по команде с Земли съехал на поверхность Луны и приступил к выполнению программы исследований.
Его экипаж жил и работал на Земле в привычных условиях и вместе с тем неделя за неделей, месяц за месяцем "объезжал" намеченные участки лунной поверхности, останавливаясь в случае необходимости на долгое время. Эти остановки не оборачивались для экипажа изнурительным бездельем и не требовали особых мер для его жизнеобеспечения. Как в этом случае не признать, что у телеуправляемых аппаратов уже сейчас есть ряд существенных преимуществ по сравнению с обитаемыми? А в будущем?
Некоторым ориентиром при попытке ответить на этот вопрос может служить то соображение, что технические средства все время совершенствуются, расширяются их возможности и т. д. В силу этого эффект их использования, вероятно, будет приближаться к тому эффекту, который достигается при непосредственном присутствии оператора на месте событий.
Создание орбитальных и лунных станций из области научной фантастики перешло в область сложных, но вполне реальных научных и инженерных задач. И уже сравнительно давно стало ясно, что для их решения должны будут использоваться манипуляторы и роботы самых различных типов и назначений.
Искусственные небесные тела - спутники и орбитальные станции - это технические объекты, системы механизмов и устройств, нуждающиеся, как любые другие машины и механизмы, в управлении, контроле, ремонте, обслуживании. Три способа удовлетворить эти нужды уже использованы в космической технике.
Один из них состоит в том, что все действия приборов и систем, порядок их работы, время включения и выключения заранее запрограммированы и выполняются автоматически. С момента запуска в космос спутник начинает жить своей собственной жизнью - он отделен от человека, не требует никаких забот, кроме тех, что связаны, например, с получением от него полезной информации.
Второй способ основан на применении специализированных систем управления, по схемам действия подобных кнопочным системам. Нажатие кнопок на пульте управления наземной станции влечет за собой заранее оговоренный конструкцией системы результат:
переориентацию спутника в пространстве, переключение электронных блоков и т. д. Это типичная телеуправляемая система.
Наконец, третий способ состоит в том, чтобы сделать спутник обитаемым, поместив в него космонавта.
Мы уже знаем, что чем шире и активнее в работе системы участвует человек, тем более четкой и функционально богатой она становится.
Три типа спутников постоянно или время от времени циркулируют в околоземном пространстве - автоматические, телеуправляемые и обитаемые. И такого же типа орбитальные спутники составят еще один важный этап на пути овладения космосом.
Но когда речь идет о поддержании или восстановлении работоспособности спутников и орбитальных станций, когда обсуждаются устройства и принципы действия аппаратов, которым эти работы предстоит выполнять, автоматические системы не рассматриваются.
Сегодня для этих целей считается возможным применять только обитаемые или телеуправляемые аппараты, которые по идеям, заложенным в их конструкции, подобны сухопутным и глубоководным полуроботам.
Подобны по той простой причине, что все это "семейство" призвано работать в условиях, недоступных человеку, или, как часто пишут в специальной литературе, в экстремальных условиях.
При создании космических аппаратов добавляются еще две трудности, обусловленные невесомостью и колоссальными расстояниями, на которые необходимо передавать всю информацию, сигналы управления, сигналы обратной связи.
Как уже говорилось в первой главе, таких аппаратов сейчас не существует в натуре, но рисунки, чертежи, проекты, хотя они публикуются очень скупо, все-таки дают представление о том, какими путями идут мысли конструкторов.
Космическое такси - такое название они дали обитаемому аппарату, предназначенному для обслуживания и ремонта спутников и космических станций. Это своеобразная капсула, рассчитанная на одного оператора, как бы "костюм" космонавта. Она имеет достаточно жесткую конструкцию, позволяющую снаружи прикрепить к ней небольшие ракетные двигатели и пять механических рук. Размеры этого аппарата достаточны, чтобы внутри его устроить пост управления этими руками и двигателями, используемыми для движения в космосе и сближения с обслуживаемым объектом.
Космическая станция может служить базой, гаражом для нескольких таких такси, где их операторы будут проводить свободное от работы время. А в рабочее время они будут обслуживать, ремонтировать, собирать и разбирать, заменять части и узлы спутников связи, метеорологических спутников, телевизионных спутников и т. п.
Конструкторы не питают надежды, что аппарат в условиях невесомости и абсолютного вакуума сумеет, сблизившись с объектом, парить над ним. Три руки пятирукой капсулы предназначены для того, чтобы она ими могла надежно прикрепиться к объекту. Две другие руки, обладающие каждая семью степенями подвижности, предназначены для выполнения всех необходимых работ.