Пренебрежение возможностями системы автоматического приземления шаттла – всего лишь одно из звеньев в сложной истории полетов человека в космос. В 2011 году, сорок лет спустя после начала космической эры, «челноки» отправились в отставку, и американцы оказались на распутье. И реальные, и виртуальные полеты в космос принесли свои невероятные плоды, хотя этот опыт и был омрачен неудачами.
Заглядывая в будущее, многие задавались вопросом: нужно ли человеку по-прежнему выходить в космос или все задачи уже можно решить, удаленно управляя приборами с Земли? Наряду с этим отмечу, что в наследии полетов спейс-шаттлов красной нитью проходят не только плодотворные научные достижения, но и действия людей. Такие примеры, как ремонт на орбите космического телескопа имени Хаббла и строительство Международной космической станции, казалось, укрепляли веру в важность присутствия человека в космосе с традиционными целями – чтобы строить и ремонтировать.
В то же самое время серия маленьких роботов-планетоходов, работавших на Марсе, подарила ощущение непосредственного присутствия на далекой планете как группам ученых, так и широкой публике, несмотря даже на то, что пропускная способность их канала была очень ограничена и передача сигнала страдала от задержек. Как же ученым удалось «почувствовать себя на месте действия» на таком огромном расстоянии? Как люди работают на Марсе?
Чтобы ответить на эти вопросы, давайте подробно разберем эти хорошо известные аспекты космической деятельности – пилотируемые полеты и работу автоматических аппаратов. И сервисно-ремонтные полеты к «Хабблу», и удаленная работа на Марсе посредством роботов в равной степени служат примерами присутствия человека в космосе, но в очень разных ролях: в одном случае человек выступает как ремонтник или строитель, который использует ловкость собственных рук, а в другом – он исследователь, принимающий решения на основе своих научных знаний.
В обоих случаях, по мере того как люди учатся работать за пределами привычной земной оболочки, их опыт и мастерство находят применение посредством обширных, межпланетных масштабов сетей различных средств. Развитие робототехники оказало глубокое влияние на возможность операций по ремонту космического телескопа «Хаббл», а следовательно, и на процесс строительства Международной космической станции. Удаленные планетоходы на Марсе позволили ученым и инженерам каждый день присутствовать на другой планете и вести там научную работу.
Космический телескоп «Хаббл», который обращается по своей орбите вокруг Земли уже больше двух десятков лет, ремонтировали и усовершенствовали люди, работавшие в просторном отсеке полезной нагрузки шаттла, пять раз за 16-летний период. На первый взгляд, эти операции кажутся примером непревзойденного мастерства и ловкости рук опытных специалистов, действовавших в космическом пространстве. Но все, что выполнялось во время них, было тесно связано с робототехникой. До того как мы перенесемся в настоящие космические дали, где человек присутствует удаленно, – на Марс и еще дальше, – стоит обратить внимание на то, в какой степени «пилотируемый космос» завязан на использование различных машин, а также на то, что опыт взаимодействия с роботами – важнейший навык современного астронавта.
Сама история космического телескопа есть история о том, как менялся опыт работы астрономов. По сути, астрономия – это изучение удаленных объектов, и астрономы никогда не соприкасаются с объектами, которые исследуют. И тем не менее у них существует традиция проводить целенаправленные наблюдения в затворничестве, скажем, на вершинах гор, далеко от мирской суеты (например, на гавайском вулкане Мауна-Кеа), или просто сидя ночью на крышах зданий по всему миру. В наши дни астрономы часто выполняют наблюдения удаленно, посылая из офиса запросы на использование какого-либо телескопа, а взамен получая через Интернет готовые снимки и данные. Размещенный в космосе телескоп – пожалуй, наиболее яркий пример работы астрономов с инструментом, расположенным в удаленной точке наблюдения.
Идея космического телескопа имеет давнюю историю и восходит к немецкому пионеру ракетной техники Герману Оберту, который выдвинул свою идею в 1923 году. Позднее, в 1952 году, его ученик и последователь Вернер фон Браун, работая совместно с художником Чесли Бонестеллом, создал оказавшую на многих глубокое влияние серию иллюстрированных статей о перспективах пилотируемого освоения космоса. Статьи публиковались в журнале Collier's. В числе прочего фон Браун описывает орбитальный космический телескоп, который управляется автоматически, а астронавты лишь время от времени наносят ему визиты для замены фотопленки. Хотя фон Браун и не сумел предугадать будущих достижений в области получения цифровых изображений, сама идея о том, что люди могут удаленно обслуживать размещенные в космосе телескопы, реализовалась.
Однако ранняя концепция телескопа «Хаббл» предполагала, что его обслуживание в полете будет проводиться только при помощи роботов. Сценарий был такой: шаттл выполняет сближение с телескопом, его захват при помощи руки-манипулятора и установку на жесткое основание в своем отсеке полезной нагрузки (практически так это и происходило во время реальных полетов для обслуживания аппарата).
Но в сценарии не предусматривалось, что астронавтам потребуется надевать космические скафандры и напрямую манипулировать с аппаратурой телескопа. Идея заключалась в том, что рука-манипулятор будет заменять модули телескопа, вытаскивая из него части, подлежащие замене, помещая их в отсек полезной нагрузки и вставляя взамен новые. Все компоненты должны быть заранее известны и размещаться на жесткой монтировке, так что задача казалась посильной даже для робототехники 1970-х годов – по образцу автоматической сборки на конвейере.
Люди должны были управлять процессом, находясь внутри гермокабины «челнока», и лишь отдавать руке-манипулятору команды на выполнение заранее запрограммированных задач. «Все, что требовалось от астронавта, это сидеть в отсеке и жать на кнопки, – вспоминает Фрэнк Сеполлина, отец-основатель практики обслуживания спутников на орбите в NASA, – а манипулятор заменял бы модули-инструменты». Для отработки этих операций было построено большое сооружение-тренажер, где модули телескопа с датчиками и целевой аппаратурой можно было извлекать и заменять при помощи средств роботизации. Такое понимание задачи подстегнуло создание механической руки-манипулятора для шаттла, которая была сделана в Канаде и сравнительно поздно стала разрабатываться как часть системы спейс-шаттла.
Многое из этого исходного варианта и в самом деле вошло в реальные сценарии ремонтных работ на «Хаббле»: например, жесткое крепление телескопа и управление рукой-манипулятором изнутри кабины «челнока». Но решающую роль все же сыграли астронавты в скафандрах, работавшие в пределах отсека полезной нагрузки, зачастую – в закрепленном положении на конце манипулятора, а иной раз практически полностью забираясь внутрь ремонтируемого инструмента.
«Хаббл» стал первым спутником NASA, построенным с учетом возможности ручного ремонта. Он был выведен на орбиту в 1990 году, и вскоре представился случай такой ремонт выполнить. Из-за ряда ошибок в расчетах и промашек, допущенных конструкторами, оказалось, что некоторые небольшие отклонения от правильной формы были допущены одновременно и в главном зеркале телескопа, и в том оборудовании, при помощи которого проверялась правильность формы.
Когда оказалось, что качество получаемых с «Хаббла» изображений не соответствует ожиданиям, сложилось впечатление, что дорогущий телескоп на орбите, затраты времени и средств на который были больше обещанных, – сущий хлам. «Название "Хаббл" звучало для всех, как "Гинденбург"[15], – вспоминал астронавт Джефф Хоффман. – Для NASA это была катастрофа».
На обложке выпуска от 9 июля 1990 года журнала Newsweek красовался заголовок: «Звезды нам не светят: NASA просчиталось на 1,5 млрд долларов». И это лишь один из примеров обрушившихся на управление злых шуток и обвинений.
Так, невероятная серия операций по ремонту «Хаббла» началась с необходимости заменить неисправную оптику телескопа. NASA сумело собрать команду ремонтников, которым предстояло выполнять свою работу в космосе. Ведущими специалистами были Джефф Хоффман и Стори Масгрейв. Хоффман, получивший в Гарварде ученую степень доктора в области астрофизики, до этого трижды летал в космос. Масгрейв имел подготовку и опыт в различных областях: он был авиамехаником и пилотом авиации корпуса Морской пехоты США, а также врачом. Его опыт в хирургии давал надежду на то, что он справится со сложными манипуляциями, необходимыми для решения задачи. Двоим астронавтам предстояло поступить с «Хабблом» как с живым пациентом: вскрыть его оболочку, заменить определенные части, устранить проблемы, провести необходимые усовершенствования, а затем подлатать и отпустить на все четыре стороны.
Перед стартом администратор NASA Дэниел Голдин вызвал команду корабля в свой офис и заявил им, что будущее агентства зависит от того, насколько хорошо они выполнят свою работу. Проект перспективной космической станции только обсуждался в конгрессе, и его судьба еще не решилась. NASA было необходимо доказать, что оно способно компенсировать допущенные при создании «Хаббла» ошибки, а его люди могут выполнять сложную, рискованную работу на орбите. Для сборки станции требовалось очень много ручного труда, но, если бы NASA не удалось восстановить свою репутацию с «Хабблом», конгресс не доверил бы управлению новый, гораздо более масштабный проект. Чисто техническая на первый взгляд задача починки инструмента, предназначенного для того, чтобы вглядываться в глубины космоса, имела далекоидущие политические последствия на Земле.
Для того чтобы привыкнуть работать в невесомости, команда долгими часами тренировалась в специальной гидролаборатории NASA. Отрабатываемые действия были столь сложны, что их список не помещался у Масгрейва и Хоффмана на справочных табличках, прикрепляемых к запястьям. Их коллегам, остающимся внутри «челнока», приходилось зачитывать им инструкции по радио. Хоффман и Масгрейв улучшили и заново написали сценарий ремонта, предоставленный производителем, попутно отрабатывая «хореографию» своих перемещений и действий в особых ситуациях, о возможности которых никто не сообщал им заблаговременно.