Владимир Сыромятников - 100 рассказов о стыковке
Уровень результата зависит не только от способности и зрелости создателя. Великая энергия рождается только для великих целей, так учил нас еще «отец всех времен и народов». Разные времена и цели рождали в нас разную энергию. Иногда мы оказывались впереди своего времени, иногда нам приходилось плестись в хвосте. Нам удалось осуществить реальные проекты и заставить наших роботов работать в космосе, другая часть наших программ оказалась обреченной.
Эта история, в основном, о роботах и космической робототехнике.
Человек создал робота для того, чтобы освободить себя от монотонной и утомительной работы. Усилиями своего самого мощного орудия — мозга — человек научился создавать механического человека, более быстрого и сильного, более послушного и неутомимого, чем он сам. В большинстве механизмы по своему действию просты: что?то требуется переместить, повернуть. В простых случаях не нужна высокая точность в работе по скорости и положению. Следующий класс механизмов — тот, который обеспечивает точное перемещение в пространстве и во времени. Это — следящие устройства, например механизмы, наводящие антенны на спутник связи, или приборы — на небесные светила. Механизмы можно классифицировать и по другому признаку — по количеству так называемых степеней подвижности, есть простые механизмы поступательного или вращательного действия; другая крайность — универсальный механизм произвольного действия. Как известно из теоретической механики, это — механизмы с шестью степенями подвижности. Хорошие примеры — кольцо с направляющими АПАСа и стенд для испытания стыковочных механизмов «Конус». Робот — это тоже универсальный механизм.
Совершим еще один короткий экскурс в инженерное дело, взглянув на электромеханическую систему с другой стороны, с точки зрения управления. Обычно система состоит из управляющей части (в простейшем случае — это электрический выключатель) и исполнительного механизма (чаще всего — это электродвигатель). Как правило, значительно более сложные системы состоят из исполнительного механизма и управляющего электронного прибора. Кстати, летающую электронику у нас, следуя американцам, стали называть авионикой. Чем сложнее движение, чем больше число степеней подвижности, тем сложнее механизм. Чем больше требований к точности движения (в пространстве и во времени) предъявляется к механизму, тем сложнее управление, авионика системы. Примером универсального механизма с очень точным управлением, созданного природой, является человеческая рука. Ее техническим, инженерным аналогом является робот, в наше время знакомый практически каждому. Самая тонкая и, я бы сказал, изощренная робототехника — авионика, электромеханика и электроника в космосе.
Другой причиной, почему стала развиваться робототехника, была необходимость работать во враждебных и опасных человеку условиях. Недаром самый мощный толчок развитию робототехники в Советском Союзе (и в других странах) дали программы ядерных исследований и разработок. После войны, когда стали создавать атомную бомбу и работать с радиоактивными материалами, появились первые дистанционные манипуляторы.
Космос, особенно открытый космос, враждебен человеку. Это стало ясно с самого начала. К середине 60–х годов по инициативе С. Королёва, который всячески стремился расширить освоение космоса, мы стали заниматься космической робототехникой.
Чтобы создавать робототехнику, необходимы высококвалифицированные инженеры различных специальностей. С этой целью в атомной промышленности создали специализированные организации, способные разрабатывать роботы. Именно в этой отрасли, которая называлась «Средмашем», и создавали военную и гражданскую атомную технику. Там мы нашли квалифицированную робототехническую организацию, находившуюся в Ленинграде. Приверженность ленинградского промышленного региона к робототехнике сохранилась в нашей стране надолго.
К 1966 году, уже после смерти Королёва, у нас в Подлипках появилась действующая инженерная модель универсального двурукого робота, изготовленного нашими ленинградскими коллегами. Человек–оператор, находясь внутри КА, мог управлять роботом, помещенным в открытый космос. Модель оснастили необходимыми вспомогательными средствами, включая телевидение. Проживи наш Король еще несколько лет, и я уверен, эта далеко продвинутая в то время система увидела бы космический свет. После его смерти «железо» еще долго пылилось в нашей лаборатории, пока его не отдали на кафедру робототехники в МВТУ им. Баумана.
Созданная в начале 60–х годов, эта сильная кафедра, на которой работали известные ученые: академик Е. П. Попов, профессора Н. А. Лакота, B. C. Кулешов и другие, — стала одним из ведущих научно–исследовательских центров робототехники в стране. Наряду с учебными делами кафедра занималась собственными разработками. С этой целью при кафедре организовали лабораторию, а позднее — научно–учебный центр. Таким путем в те годы стремились максимально использовать высококвалифицированные кадры вузов для развития высоких технологий в стране. Таким же путем в 60–е годы действовали американцы, хорошим примером являлся Массачусетский технологический институт, лаборатории которого активно участвовали в самых тонких разработках по системе управления для программы «Аполлон». К сожалению, позже это вузовское направление в обеих странах развивалось не так успешно.
Интересы ведущих профессоров и, как следствие, научные и опытно–конструкторские разработки кафедры робототехники МВТУ концентрировались на новых областях техники — космической, атомной, подводной, эти направления лучше поддерживались и финансировались промышленными министерствами. В целом на разработки высшей школы затрачивались огромные средства. Так, например, численность подмосковного центра МВТУ (НИИ ТМ) превышала 1000 человек — это уже масштаб крупного предприятия. Самые способные студенты оставались после окончания в вузах — на кафедрах и в лабораториях. Там создавались потенциально очень сильные коллективы, однако конечная эффективность их работы оставалась низкой. Причин этому было несколько. Уровень теории, квалификация специалистов были высокими, но, как правило, проекты кончались лишь опытными разработками, к тому же их возможности сильно ограничивала недостаточная производственная база.
В то же время промышленная робототехника в стране в целом находилась на низком уровне. Слабость промышленных предприятий, прежде всего их производственной части, недостаточно развитая элементная база, плохие экономические стимулы сильно тормозили развитие промышленной робототехники. Роботы требовались больше всего в массовом производстве, однако там их количество и качество оставались на низком уровне. В конце концов это привело к настоящему застою и упадку. Общий низкий уровень робототехники не мог не сказаться на космической робототехнике. В частности, вузы недостаточно снабжали кадрами даже предприятия привилегированной ракетно–космической отрасли. Более того, поработав некоторое время у нас и приобретя опыт, специалисты снова возвращались в вузы: их манила более свободная жизнь, возможность быстро защитить диссертацию и т. п.
