Полёт на Марс обеспечит искусственный интеллект

Ракета «Союз-2.1 а» впервые в истории вывела на орбиту пилотируемый корабль «Союз МС-16» с экипажем на борту. Отныне людей на Международную космическую станцию (МКС) будут доставлять ракеты семейства «Союз-2». Летать на них к МКС будут не только российские космонавты, но и астронавты НАСА: несмотря на успешный майский запуск частного корабля Илона Маска «Крю Драгон», американцы отправятся к станции в октябре 2020 года на ракете «Союз-2.1а». Систему управления для неё делают в екатеринбургском НПО автоматики, которое входит в состав Госкорпорации «Роскосмос». Корреспондент «Облгазеты» встретился с заместителем генерального директора предприятия по ракетно-космической тематике Львом БЕЛЬСКИМ и узнал, как создавался уникальный бортовой компьютер для «Союзов»: в отдалённой перспективе именно искусственный интеллект сможет обеспечить высадку россиян на Марс.

Задел на будущее

– Насколько важным событием для НПО автоматики стал старт пилотируемой ракеты-носителя «Союз-2»?

- До августа 2019 года все запуски грузовых и пилотируемых кораблей к МКС осуществлялись на ракете «Союз-ФГ», её система управления была аналоговой. В отличие от неё на «Союз-2» установлена цифровая система управления, которая многократно повышает точность формирования орбиты. Кроме того, в последние десятилетия бортовая аппаратура для «Союз-ФГ» выпускалась на Украине, а наша система полностью состоит из отечественных компонентов. Удачный старт космонавтов на ракете «Союз-2.1 а» в очередной раз показал её надёжность. На всех этапах пуска система управления отработала безукоризненно, открыв новый этап в отечественной программе пилотируемых полётов.

– Когда НПО автоматики занялось космической тематикой?

- В космическую отрасль мы попали совершенно случайно. В 1993 году у генерального директора РКЦ «Прогресс» в Самаре Дмитрия Козлова возникла идея модернизировать ракету «Союз». На тот момент в ней отсутствовали какие-либо вычислительные элементы: надо было думать о переводе системы управления на новые информационные технологии с использованием прогрессивных компьютерных алгоритмов. Этой модернизацией должны были заниматься сотрудники Научно-производственного центра автоматики и приборостроения в Москве, но в какой-то момент Дмитрий Ильич решил организовать что-то вроде конкурса и пригласил для участия в нём и наше предприятие. В результате у РКЦ «Прогресс» оказалось на руках два проекта — московский и свердловский. Был проведён всесторонний анализ предлагаемых вариантов, а в 1994 году состоялись два больших научно-технических совета. В обоих случаях наш проект был признан лучшим по технике, массе и точности формирования орбиты.

– Чем он отличался от конкурента?

- Уже тогда мы предложили поставить на «Союзы» цифровой бортовой компьютер, спутниковый навигатор и гироскопическое оборудование, которое обеспечивает более точную ориентацию и траекторию ракеты в полёте. Система управления создавалась на базе того задела, который мы использовали в ракетах для подводных пусков.

Основные принципы построения аппаратуры для подобных изделий одинаковы, но требования к «Союзам» значительно жёстче, поскольку венцом их полёта является вывод космонавтов на орбиту. Обеспечение безопасности экипажа накладывает огромный отпечаток на устройство бортовой аппаратуры. Это и многократное резервирование функциональных узлов системы управления, и высокая культура производства, и качественная элементная база. Все комплектующие проходят входной контроль. Многочисленные испытания дают уверенность, что электроника не откажет.

Цифровая начинка

– Иными словами, ракетой управляет искусственный интеллект. Не боитесь, что он может выйти из-под контроля при полёте в космос?

- В настоящее время этот интеллект формируется всё-таки на Земле в виде жёстких программ, которые устанавливают на бортовой компьютер перед стартом ракеты. Поэтому причин для беспокойства нет. Но мы всё чаще задумываемся о создании вычислительных машин на основе нейросетей. Проблема состоит лишь в том, что нейросети самообучаемы и могут принимать решения, отличающиеся от заложенных в программе. Чтобы исключить такую возможность развития событий, в бортовой компьютер должны быть заложены какие-то алгоритмы, ограничивающие самостоятельность искусственного интеллекта. Эта работа впереди.

– Сейчас навигатором никого не удивишь: он стоит в машине у любого автолюбителя. А как к нему отнеслись конструкторы ракет в начале 90-х?

- В те годы это была новинка, не имевшая аналогов в зарубежной космической технике. Мы предложили это решение на ракету «Союз-2», однако в головной организации приняли его не сразу. Поначалу навигационный приёмник использовали в экспериментальном режиме: информация от искусственных спутников Земли просто регистрировалась, но для управления ракетой не использовалась. И даже позднее, когда мы в 2011 году стали запускать ракеты «Союз-2» с космодрома Куру во Французской Гвиане, европейцы воспринимали эту систему тоже с недоверием. Но мы имели на руках убедительную статистику, которая касалась не одного-двух пусков, а десятков. За счёт бортового навигатора и точных гироскопов, которые производят наши коллеги по кооперации, нам удалось снизить отклонение ракеты от заданной орбиты во много раз.

– В чём особенность этих гироскопов?

- Традиционно космическую ракету устанавливает на стартовый стол специальный железнодорожный транспорт. Он везёт её из технического комплекса к пусковой площадке всегда в одном направлении, как проложены рельсы. А запустить ракету надо в совершенно другом направлении. Для пуска ракеты «Союз-ФГ» приходилось поворачивать стартовый стол вокруг вертикальной оси строго на определённый угол. Можете себе представить, как сложно это было сделать и сколько времени уходило на эту операцию, если сухая масса ракеты составляет десятки тонн, а стартовый стол – это вообще циклопическое сооружение.

Мы предложили другой вариант для запуска «Союз-2», при котором ракета стоит на старте в том положении, в каком её привезли. Она заправляется, взлетает, а после отрыва от поверхности стола мы её разворачиваем в ту плоскость, которая нужна для выполнения очередной миссии. Чтобы выполнить эту процедуру, надо знать истинное положение ракеты в момент её установки на стартовый стол. Его определяют навигационные приборы и бортовой компьютер.

Завтрашний день

– В 2023 году намечен первый полёт новой ракеты среднего класса «Союз-5». Она тоже будет иметь вашу систему управления?

- Сейчас мы интенсивно занимаемся созданием элементов системы управления и аварийной защиты двигателей для ракеты «Союз-5». В этом году мы должны завершить разработку конструкторской документации, чтобы в 2021-м изготовить опытные образцы для наземной отработки, а в 2022-м для лётных испытаний в составе ракеты.

– Система управления для «Союз-5» будет более совершенной?

- Для этой ракеты мы заменяем бортовую машину почти полностью. Если в 90-е на «Союз-2» мы ставили компьютер массой 20 килограммов, то вычислитель для «Союз-5» весит в 4,5 раза меньше. Аналогично по всем остальным приборам. Аппаратура стала более лёгкой, менее габаритной и энергозатратной. Это позволяет повысить массу полезной нагрузки, выводимой на низкую околоземную орбиту.

– Какие ещё перспективные проекты есть в активе НПО автоматики?

- Работы в рамках Федеральной космической программой (ФКП) на 2016–2025 годы. Она нацелена на создание технологического задела для перспективных космических ракет. «Союзом-2», как показала жизнь, дело не ограничивается: скоро появится «Союз-5», на горизонте «Союз-6», далее «Союз-7».

Мечты для молодёжи

– Но ведь на реализацию этих амбициозных планов нужен значительный приток молодых инженеров?

- Он есть, НПО автоматики имеет очень плотные контакты с Уральским федеральным университетом, особенно, с радиофаком и матмехом. Несколько лет мы вели подготовку специалистов совместными усилиями. Наряду с обучением в аудиториях вуза студенты занимались в наших помещениях. Мы читали им лекции, проводили практические семинары. Занятия начинались с третьего курса, и к моменту получения диплома мы имели уже полноценных специалистов, готовых решать практические задачи, а не знакомиться с производством. Тем самым предприятие пополняло кадры, укрепляло их и держалось на высоком уровне. В советские годы всё было по-другому: к нам по распределению приходил молодой специалист, который считался таковым три года. За это время он овладевал терминологией, разбирался в деятельности различных подразделений и только потом начинал ориентироваться в работе предприятия.

– Поэтому вы делаете ставку на школьников?

- Да. У нас есть подразделение «Космопорт», где дети под руководством наших специалистов собирают роботов и другую автоматическую технику. Всё это проводится под эгидой молодёжных Семихатовских чтений, которые мы начали проводить семь лет назад. Там ребята решают математические задачи разной сложности и создают макеты космических аппаратов. Победители чтений уже трижды ездили на Байконур и один раз на космодром Плесецк.

– Когда у вас появилось увлечение космосом?

- Я пришёл на предприятие, когда к космосу оно не имело никакого отношения. Хотя и есть легенда, что некоторые элементы радиоэлектроники для первого в мире искусственного спутника Земли, который был запущен СССР 4 октября 1957 года, были изготовлены на НПО автоматики. Но естественно, что с годами интерес к космической технике у меня развился. Несмотря на все сложности и проблемы, которые приходится решать при её проектировании, мне каждый раз приятно и волнительно наблюдать за пуском ракеты и ждать информацию о параметрах её орбиты. На каждом запуске ведётся репортаж, и оператор с интервалом в пять секунд докладывает о поведении системы управления и агрегатах: «Полёт проходит нормально, устойчивость ракеты обеспечивается, все параметры системы управления в норме, двигатель работает нормально».

– Сколько запусков вы уже успели увидеть?

- Так много, что давно перестал их считать. Большую часть я наблюдал из подземных бункеров, где расположены пульты управления ракетным стартом. Оттуда проверяют систему управления и другие агрегаты ракеты перед запуском и подают команды на включение двигателей.

– О чём вы мечтаете как инженер-конструктор космических систем?

- Хотелось бы думать, что наша пилотируемая космическая программа не ограничится МКС и в недалёкой перспективе произойдёт высадка космонавтов на Луну, а в отдалённом будущем и на Марс.

• Опубликовано в №101 от 09.06.2020.