Як SoftServe допомагає NASA створювати технології, що можуть прискорити космічні програми

Грант у розмірі $1,3 млн виграв консорціум з чотирьох компаній, який очолює Astroport Space Technologies. Уся робота ведеться у межах проєкту NASA - STTR 2023 Phase II.

Скільки часу займає розробка місячного робота? Які форс-мажори можуть провалити космічну місію? Скільки коштує доставка вантажів на Місяць? Які проблеми дозволяють вирішити космічні дослідження? Відповіді на ці питання редакція Delo.ua шукала разом з очільником відділу робототехніки SoftServe Любомиром Демківим. 

• Навіщо землянам підкорювати невідомі планети
• Що таке нова космічна економіка та як її окупити
• Чому українці вирішили зайнятися космічними проєктами
• Як SoftServe отримав замовлення від NASA
• Скільки часу триватиме проєкт NASA 
• На якому етапі знаходиться реалізація проєкту NASA
• Які форс-мажори треба врахувати під час створення робота
• Перспективи розвитку нової космічної економіки 

Навіщо землянам підкорювати невідомі планети

Здається, що космос – це дуже далека та незрозуміла тема для пересічних землян. Типу де Земля, а де інші планети. Але насправді наші науковці та технологічні підприємці у всьому світі активно вивчають та підкорюють космос. Наприклад, за прогнозами NASA, вже у 2030-2040 роках буде побудовано перше в історії людства поселення на Місяці. Спочатку люди зможуть знаходитися на космодромі по декілька днів, а далі - навчаться там жити постійно, як це зараз відбувається на МКС.   

Чи придатний Місяць для проживання людей? Відповідь – так. Справа в тому, що супутник Землі покритий реголітом. Це місячний ґрунт. І він дуже багатий на кисень та метали. А біля південного полюсу супутника Землі є запаси льоду. Тож усі ці корисні речовини можна застосувати для будівництва поселення на Місяці та використовувати для проживання там людей. 

"Вперше люди висадилися на Місяць ще пів століття тому. Тоді це було шалено дорого. Але з часом такі проєкти стають доступнішими. Наприклад, чому зараз активно розвивається робототехніка? Тому що впала ціна розробки промислових роботів. Як результат, такі місії стають все більш реальними", - говорить голова відділу робототехніки компанії SoftServe Любомир Демків.

Що цікаво, космос активно підкорюють не тільки державні, а й приватні компанії. Зокрема, нещодавно першу місію на Місяць здійснила приватна компанія із США - Intuitive Machines. Приватний модуль "Одісей" зміг зробити посадку та надіслати фотографії. Тому цей проєкт можна вважати успішним, хоча там й були певні помилки.

"Коли з’являється конкуренція, падає ціна на послуги. Це означає, що доставка вантажів в космос стає більш доступною", - продовжує Демків.

Варто зазначити, що яке саме паливо зможуть використовувати ракети - поки що невідомо. Скоріш за все, це може бути liquid hydrogen (LH2) або liquid oxygen (LOX). Наразі космічні компанії намагаються проводити відповідні дослідження. Наприклад, Blue Origin підлаштовує двигуни на своїх кораблях під можливості Місяця. 

"Тобто, Місяць може стати свого роду заправною станцією. І це суттєво здешевить польоти землян у космос", - пояснює Демків.

Для розуміння: зараз транспортувати кілограм будь-якого матеріалу з Землі на Місяць коштує 1-1,5 млн доларів. В майбутньому для проєктів, що досліджують далекий космос, Місяць зможе стати в пригоді як заправна станція. 

Що таке нова космічна економіка та як її окупити

Космічні дослідження – окрема велика тема. Раніше такі проєкти реалізовували тільки державні компанії. Тож в рамках космічних програм спочатку учасники сертифікували кожен окремий компонент, а наприкінці була потрібна додаткова сертифікація усього продукту. Такий підхід ускладнював процеси, оскільки вартість проєкту зростала, час його реалізації - також. Тепер настав час для нової космічної економіки.

Розвиток технологій дозволяє активніше досліджувати космос, навіть не покидаючи Землю. Це допомагає робити цікаві знахідки. Наприклад, є такий астероїд 16 Психея. Він містить багато рідкісних на Землі металів, тому його оціночна і дуже приблизна вартість складає біля 10  квінтільйонів доларів.

Також цікавими для землян можуть стати місії на Нептун та Уран, оскільки на цих планетах йдуть… алмазні дощі. Тож якщо людство зможе використати нові технології, щоб "зачерпнути" трошки алмазів, які на нашій планеті коштують дуже дорого, тоді ці матеріали також дозволять окупити витрати на польоти до цих планет.

Тут головне - не перестаратися, каже Демків, і для перестороги є дві серйозні причини: 

По-перше, важливо не нашкодити екосистемі планет. 

По-друге, на Землю варто везти обмежену кількість рідкісних матеріалів, тому що якщо буде багато, скажімо, алмазів чи платини, це обвалить їх вартість.  

Чому українці вирішили зайнятися космічними проєктами

Компанія SoftServe займається розробками в напрямку робототехніки понад шести років. Тому участь в космічних проєктах стала природним продовженням для застосування цієї експертизи, каже Демків, адже сьогодні освоєння Місяця неможливо без роботів. Там вони можуть активно допомагати людям досліджувати місцевість, будувати поселення, видобувати ресурси.  

Над задачами нового космічного проєкту у SoftServe працюватимуть п’ятеро фахівців. Це ядро команди. Загалом же відділ робототехніки компанії налічує 35 спеціалістів, усі вони за потреби можуть бути залучені до вирішення завдань в рамках програми NASA. 

До речі, команда, що працює над космічними проєктами, проживає в трьох країнах – в Україні, Німеччині, Польщі. 

Під час реалізації проєкту команда буде використовувати симуляції. Вони допомагають розрахувати та візуалізувати, як в тих чи інших умовах може працювати робот. Такі програми допомагають зрозуміти, як на іншій планеті буде взаємодіяти колесо з ґрунтом чи працюватиме рука робота. Ці розрахунки важливо ретельно провести, бо помилки можуть дорого коштувати. Особливо якщо йде мова про космічні проєкти.   

Як SoftServe отримав замовлення від NASA

Варто зазначити, що SoftServe не займається розробкою продуктів. Бізнес-модель компанії полягає у пошуку клієнтів, яким потрібна відповідна технологічна експертиза. 

"Відповідно, коли ми шукали нові можливості для залучення коштів, дізналися про проєкт NASA. Вони періодично публікують оголошення на своєму сайті. Тож наша команда спільно з партнерами подала заявку, наш проєкт переміг і ми почали співпрацювати", - розповідає Демків. 

Партнерами SoftServe у проєкті NASA стала американська компанія Astroport Space Technologies. Їх команда має багаторічну експертизу в реалізації різноманітних космічних проектів. При цьому їх фокус зосереджений на розвитку технологій для дослідження Місяця.

Скільки часу триватиме проєкт NASA 

STTR 2023 Phase II розрахований на 3 роки. Ідея в тому, щоб дослідити з наукової та технологічної точки зору, як працюватимуть роботизовані системи на Місяці, які будуть залучені в будівництво злітно-посадкової смуги. Для чого він потрібен?

Справа в тому, що коли на поверхню Місяця сідає космічний корабель, з його з двигунів виходять відпрацьовані гази. Коли ці гази стикаються з реголітом, підіймаються хмари пилу. 

Щоб космічний корабель здійснив правильну посадку на Місяць та не розбився, потрібно зробити точні розрахунки. На жаль, через місячний пил це складне завдання, оскільки ці хмари "засліплюють" сенсори ракети. 

"Тому потрібно розробити флот роботів, які зможуть на Місяці створювати будівельний матеріал та складати його в посадковий майданчик", - зазначає Демків.

Для реалізації таких амбітних задач також треба врахувати, як будуть живитися роботи на Місяці. Як правило, механічні помічники працюють на акумуляторах. Але використання такої енергії має бути дуже економним, оскільки це дозволить продовжити тривалість місячної місії.

Всі ці дослідження впливатимуть на розмір та дизайн роботів, що працюватимуть на Місяці. Зокрема, мова йде про зовнішній вигляд колеса, який може бути виготовлений з різних матеріалів: гуми, металу, ланцюгів тощо. 

"Важливо правильно підібрати дизайн та розмір колес, адже тоді робот зможе оптимальним чином рухатися на Місяці", - звертає увагу Демків.

На якому етапі знаходиться реалізація проєкту NASA

Команда SoftServe займається розробкою технологій для місячних роботів в рамках TRL  4 та 5. Для розуміння: TRL 0 – це ідея, TRL 9 – це вже повністю робочий продукт.

Варто зазначити, що коли компанія SoftServe працює над проєктами, команда повністю покриває весь цикл розробки програмного забезпечення, займається дизайном hardware, може виготовити прототип. Але фахівці не працюють над масове виробництво hardware, для таких задач, зазвичай, залучають партнерів. 

Робота команди над проєктом побудована таким чином:

1. Створена таблиця, де весь проєкт поділено на етапи. В цих рамках вказані задачі кожного фахівця та період, за який має бути досягнуті ти чи інші результати. 

2. Проводяться регулярні дзвінки із зовнішніми партнерами проєкту. Під час таких переговорів фахівці діляться результатами роботи та домовляються про наступні кроки, а за потреби інтегруються для вирішення спільних задач.

Де SoftServe бере дані для роботи над місячним проєктом? В компанії зазначають, що для симуляцій можна брати інформацію з відкритого доступу. Але деякі речі складно отримати для розробок, наприклад, реголіт. Тому в цьому випадку можна використовувати матеріали, що близькі за складом до речовин на Місяці. Також частину даних розробники отримують від компанії Astroport.

"Під час роботи ми враховуємо багато факторів, що можуть впливати на роботу роботів. Зокрема, це температурний режим на Місяці, сила гравітації тощо", - говорить Демків.   

Які форс-мажори треба врахувати під час створення робота

Працездатність робота на Місяці залежить не тільки від звичайних зовнішніх факторів, як-от температура, радіація, склад ґрунту. Існує ще безліч форс-мажорів, які можуть створити серйозні проблеми для земної техніки в космосі. І часто впливати на успішність проєкту можуть такі нюанси, які складно врахувати на етапі розрахунків.

Для розуміння давайте наведемо пару прикладів з історії невдалих космічних місій:

• Нещодавно японський літальний апарат з місії SLIM сів на Місяці догори ногами. Тобто, в човнику відбувся якийсь збій.
• Якось марсохід Beagle 2 приземлився на Марс, і в нього не відкрилася одна частина сонячної панелі, де була схована антена для передачі сигналу. В результаті команда місії не змогла налагодити зв'язок з цим марсоходом. 
  

"Зрозуміло, що всі поломки техніки, що з’являються під час реалізації місій, передбачити вкрай важко. Але існує спеціальна методологія для тестування космічних проектів. Тоді можна порахувати, як обладнання краще захистити від радіації, низьких температур та ін. Тоді вдається вирішити частину проблем. Наприклад, для збереження працездатності техніки від холоду, можна використовувати батареї, утеплювачі тощо", - розповідає Демків.

Якщо ж проблеми в робота таки виникли вже на Місяці, науковці намагаються їх ліквідувати за допомогою зв’язку із Землею. Справа в тому, що швидкість передачі інформації в космосі складає біля 100 кілобіт на секунду, тож розробники можуть надавати підказки роботу, щоб він міг вирішити проблеми.

Загалом під час створення робота для космічних програм треба враховувати безліч деталей, які, на перший погляд, вважаються неважливими. Наприклад, треба правильно підібрати сенсори, тому що освітлення на Місяці інше, поки що там немає GNNS. 

Тепер зрозуміло, чому під час підготовки космічних місій розробники мають враховувати масу деталей. І всі ці технологічні нюанси треба помістити в місячний робот з мінімальною вагою, оскільки доставка вантажів у космос все ще коштує дуже дорого. Що цікаво, роботи можуть важити й 35 кг, й 220 кг. Тому в космічних дослідженнях завжди доводиться йти на технологічні компроміси. 

Перспективи розвитку нової космічної економіки 

Тож які можливості отримують земляни від підкорення космосу? Демків вважає, що перед людством можуть відкриватися цікаві перспективи :

1. Космічний туризм. Вже є приватні компанії, які возять людей на навколоземну орбіту, щоб мандрівники могли подивитися, який вигляд має Земля звідти.

2. Видобуток рідкісних мінералів, копалин у космосі. Це може вирішити проблему з їх дефіцитом на Землі. Тоді вдасться покращити земну економіку в напрямку, зокрема, виробництва необхідних пристроїв, наприклад,  мікрочіпів.

3. Покращення рівня життя на Землі. Супутники допомагають відслідковувати пожежі, вирубку лісів та інші стихійні лиха. Окрім цього, завдяки супутника,  інтернет-зв’язок на планеті більш якісним та швидким. І це не усі можливості від застосування супутників.  

4. Вирішення проблеми нестачі їжі. Справа в тому, що на Землі існують великі проблеми із посівними площами, кількість яких щороку зменшується. Тому не виключно, що в майбутньому людство зможе вирощувати агрокультури на інших планетах. Тоді це буде великим проривом людства з точки зору розвитку цивілізації.

5. Наукові дослідження. Вони зможуть надати значний поштовх розвитку технологій.

6. Винесення важкого виробництва у космос. Це далека перспектива, але вона зможе суттєво покращити екологічну ситуацію на нашій планеті.

Чи реальні усі ці прогнози? Цілком, адже підкорення космосу – це давня мрія людства. Тому не дивно, що вже зараз не тільки йдуть спроби побудувати поселення на Місяці, в майбутньому такі плани можуть бути реалізовані й на Марсі. 

"Якщо згадати, що від Землі до Марса можна дістатися за дев’ять місяців, в залежності від траєкторії польоту, такі плани більш ніж реальні", - каже Любомир Демків.  

Можливо, наступний крок людства торкнеться Венери, бо, за оцінками науковців, планета в принципі здатна для побудови поселення для землян.