Константин Феоктистов - Научный орбитальный комплекс
Дело в том, что глаза человека, его голова, он сам все время двигаются, поворачиваются. Поэтому глаз как оптическая система обеспечивает построение на сетчатке все время движущейся картины, так как из-за движения глаза, головы, и т. п. на каждый данный элемент сетчатки попадают различные части изображения, все время меняющегося. В то же время мы воспринимаем внешний мир стабильным, легко выделяя движущиеся предметы от неподвижных.
Это является следствием того, что определенная часть мозга человека, действуя как специализированный компьютер, использует информацию с каждой точки сетчатки, информацию о положении глаза, головы и т. п., запомненную ранее информацию о предыдущем расположении предметов. При этом полученные сигналы «пересчитываются» в неподвижную систему координат (относительно каких-то реперных предметов в поле зрения), где и строится изображение. Возможно, что не менее сложным является и процесс опознания предмета. И для решения подобных задач, по-видимому, необходимо создание миниатюрных процессоров с миллиардами элементарных счетных элементов.
К третьей группе задач относятся работы, непосредственно связанные с осуществлением научных исследований и экспериментов. Если разбирать каждую отдельную задачу исследований и экспериментов, то почти каждый раз можно найти возможность легко автоматизировать процесс. Рассмотрим, например, астрофизические наблюдения, проводимые с помощью какого-либо телескопа. В этом случае можно представить такую последовательность операций:
ориентировать станцию таким образом, чтобы ось телескопа смотрела в заданную точку неба, а затем поддерживать эту ориентацию;
подготовить телескоп, его электронные блоки и приемники к работе, т. е. выполнить ряд последовательных операций по включению определенной последовательности режимов, включить питание, раскрутить гироприборы или компрессоры и холодильные установки, подключить астрогиды, их приводы и т. п.;
подготовить к включению и включить систему регистрации измеряемых параметров и контроля работы обеспечивающих систем;
включить телескоп, провести измерения и их регистрацию;
переориентировать станцию на новый источник и опять провести регистрацию и т. д. вплоть до окончания серии наблюдений.
Очевидно, что все эти операции, легко алгоритмизируются,[8] а возможность автоматизации этого процесса, включая выполнения подстроек, выбора целей, времен экспозиций и т. п., не вызывает сомнений. То же самое можно сказать и о таких работах, как фотографирование, технологические и биологические эксперименты. Правда, здесь тут же возникают некоторые осложнения: простые процессы перезарядки кассет, технологических печей, термостатов автоматизируются дорогой ценой существенного усложнения, а, например, оценку «стоит ли осуществлять фотосъемку: не слишком ли много облаков» в автоматическом режиме решить весьма затруднительно.
Причем следует отметить, что работает и другой фактор — сам факт наличия человека на станции. Если заранее известно, что на станция будет находиться человек, то зачем многократно усложнять аппаратуру (например, решая задачу многократной перезарядки фотоаппаратуры) и тем самым снижать надежность выполнения экспериментов? Ведь человек легко сам может настроить аппаратуру, установить капсулу в нагревательную печь, набрать с пульта требуемый режим плавки и т. п. Некоторые из этих работ — регулировки, настройки, изменения программы измерений — и в будущем желательно оставить за человеком.
Но все это приводит к тому, что человек на станции оказывается вовлеченным в слишком большой и разнообразный круг операций. Это приводит, с одной стороны, к перегрузке, а с другой стороны — к снижению эффективности всего комплекса, поскольку по сравнению с машинами человек на станции обладает определенными недостатками. Он должен тратить время на сон (9 ч — такова норма, принятая сейчас на станциях «Салют»), на физические упражнения (2,5 ч — такова необходимая плата за профилактику невесомости), на завтрак, обед и ужин (минимум 2 ч, учитывая время на приготовления к «трапезе»), на отдых (1–1,5 ч — так называемое «личное время»), на связь с Землей (1–1,5 ч в сутки), на медицинский контроль (около 1 ч).
Таким образом, время, которое он может выделить на целенаправленную работу, составляет в день всего несколько часов. А ведь нужно еще учесть два выходных дня в неделю, дни медицинского контроля, дни, идущие на операции обслуживания (коррекции, стыковки, расстыковки, консервации, расконсервации, перенос грузов, заправки и т. п.). Все это приводит к тому, что время, выделяемое на выполнение исследований и экспериментов уменьшается, и временной КПД пилотируемой станции оказывается низким.
Как же выйти из этого положения?
В случае решения задач первой группы очевидно, что следует стремиться к тому, чтобы полностью освободить человека от функций контроля и управления бортовой аппаратурой, от функции анализа состояния. Однако это, конечно, осуществимо лишь при условии проведения необходимых мероприятий по увеличении надежности работы и по обеспечению контроля и анализа состояния комплекса без участия экипажа. Разрешение данной проблемы возможно двумя путями, и, по-видимому, какое-то время будет использоваться и тот и другой.
Первый путь — обеспечение функций управления бортовой аппаратурой, контроля и анализа состояния за счет работы наземной службы, что возможно только в случае обеспечения практически непрерывной радиосвязи Земля—орбитальный комплекс. Этого можно добиться либо за счет равномерного размещения на поверхности суши и океанов достаточно большого количества командно-измерительных пунктов (порядка 200–300 пунктов), связанных каналами связи с центром управления полетом, либо за счет использования системы спутников-ретрансляторов для непосредственной связи со станцией, располагаемых на стационарной орбите (как это, например, было осуществлено во время совместного полета кораблей «Аполлон» и «Союз» в 1975 г.).
На современном уровне техники управление и связь через ретрансляторы представляются вполне реальными и осуществимыми. Причем на Земле вполне возможно обеспечить практически непрерывный оперативный контроль и анализ состояния орбитального комплекса и идущих на нем процессов, выдачу на системы и агрегаты необходимых команд в требуемые моменты времени. Это позволит вести активные сложные процессы и во время сна или отдыха космонавтов, выполнения ими физических упражнений и т. п.
Недостатками же данного направления являются недостаточная автономность станции, необходимость вовлечения в непрерывную работу с данной станцией специалистов центра управления полетом, наземных пунктов связи через спутники-ретрансляторы, загрузка самих ретрансляторов передачей «сырой» (необработанной) информации. И по мере увеличения количества находящихся на орбите станций и кораблей этот путь станет явно неприемлемым, и в будущем, по-видимому, придется ориентироваться на другой.
Этот второй путь предусматривает установку на борту комплекса мощных и надежных бортовых вычислительных машин, способных обрабатывать и анализировать результаты измерения параметров, характеризующих работу и состояние комплекса, его бортовых систем. Возможность алгоритмизации обработки и анализа состояния вполне очевидна. Обычно это осуществляется путем сравнения измеренной величины с ее номинальным значением (и интервалом допуска), или с графиком ее изменения, затем по комплексу параметров определяются алгоритмы: «в сумме — все в порядке или нет?» и «где недопустимое отклонение?». Такие алгоритмы обработки и анализа уже реализуются на наземных вычислительных машинах.
Для реализации второго пути требуется создать комплекс миниатюризированных бортовых машин, которые могли бы решать аналогичные задачи на борту станции.
Однако первый и второй способы решения вопросов надежности и безопасности не будут исключать возможности того, что в случае возникновения опасной ситуации экипаж сможет брать управление на себя. Но, как правило, экипаж станции не должен будет заниматься этими вопросами.
Примерно то же следует сказать и о третьей группе задач, касающихся проведения исследований и наблюдений: все, что без больших усилий может быть автоматизировано, должно быть автоматизировано. Конечно, за человеком здесь останется большое количество экспериментов и наблюдений (например, визуальные наблюдения), которые нерентабельно автоматизировать, Что же касается второй группы задач человека, задач по обслуживанию техники станции (настройки, регулировки, перенос, установка, подключение оборудования и т. п.), то эта область, по-видимому, надолго останется за человеком.
Главные задачи человека на орбитальном комплексе — готовность приема новой и неожиданной информации, ее переработка и возможность принятия незапрограммированного, но нужного в данный момент решения. Обсуждение роли автоматики и человека на станции проводилось здесь на примере орбитального комплекса, но если такое рассмотрение провести на примерах специализированных станций, то мы получим те же выводы: человек не должен выполнять примитивную, легко алгоритмизируемую работу. Он должен делать то, что автоматизируется с трудом, в частности, прием новой, незапрограммированной информации, ремонт, настройки, регулировки, изменение программ работ и т. п.
