Сгореть и вернуться

(Сентябрь 2012)

В США агентством передовых военных исследований DARPA запущена впечатляющая программа по созданию многофункциональных космических роботов. Не менее любопытно выглядит и шпионская предыстория этого проекта.

[Хронологическое и логическое завершение саги про «Диснейленд национальной безопасности». Начало см. здесь, продолжение – вот тут.]

0.phoenix-concept

Вдохновленные биологией

На выставке-конференции «Космос 2012», в сентябре проходившей в Американском Институте Аэронавтики и Астронавтики, одним из наиболее интересных мероприятий стал дискуссионный круглый стол, в рамках которого ведущие исследователи робототехники из NASA и вооруженных сил США обсуждали ближайшие и более отдаленные перспективы роботов, создаваемых человеком для работы в космосе.

В отличие от людей и прочих живых существ, не развивших в себе такую эволюционную возможность, роботы вполне пригодны для автономной «жизни» и деятельности в космическом пространстве. Однако живые организмы имеют и еще долго, вероятно, будут иметь два гигантских преимущества даже над самыми умелыми и продвинутыми космическими роботами.

Биологические создания могут (а) сами себя излечивать и (б) обладают нервной системой, способной самообучаться для приспособления к окружающей среде.

Поясняя аудитории эту идею подоходчивее, один из участников круглого стола Брет Кеннеди (Brett Kennedy), инженер роботехники исследовательского центра NASA JPL, проиллюстрировал ее так: «Когда двух- или трехлетний ребенок падает и получает ссадину на коленке, он попутно обучается поведению в окружающей среде и сам себя исцеляет… То есть его организм позволяет себе учиться на ошибках, дабы не делать те же самые ошибки впредь».

Мечта и надежда конструкторов – научить тому же и роботов, которые со временем станут имитировать эти принципиально важные возможности биологических организмов посредством встроенных механизмов саморемонта и собственных «мозгов», основанных на программах самообучения.

Этот вдохновленный биологией подход уже сегодня позволяет всерьез проектировать инженерные конструкции, ориентируемые на особенности функционирования организма медуз, на богатейший опыт лемуров по перемещениям в трехмерном пространстве, или, наконец, на феноменально быстро обучающиеся мозги человеческих детенышей.

Несложно, наверное, представить, что целенаправленные работы в данном направлении способны увести ученых и инженеров чрезвычайно далеко. Так, скажем, другой участник дискуссии, Дэвид Барнхарт (David Barnhart), руководитель нового робототехнического проекта Phoenix в военном агентстве DARPA, абсолютно всерьез задал своим коллегам по дискуссии вопрос о том, когда, по их мнению, люди научатся выращивать космический корабль словно живое существо.

Ибо, цитируя Барнхарта, «о чем мы тут говорим – это в конечном счете о том, как нам [при создании космических роботов] вообще избавиться от всех этих механических деталек».

1.AlienX

(Все, кто мало-мальски знаком с классикой фантастического кино, наверняка заметят, что в биоинженерных идеях, вдохновляющих военных конструкторов относительно роботов будущего, просматривается очевидная связь с тварью из фильма Alien. Исключительно живучей, шустрой и сообразительной тварью, нацеленной на выживание любыми способами, а потому чудовищно опасной для человека. Но об этих аспектах проблемы на подобных форумах стараются не говорить.)

По мнению Бретта Кеннеди, создания космических кораблей путем их выращивания, судя по всему, не будет происходить «еще долго». Однако, тут же добавил он, освоенные ныне технологии 3D-печати могли бы позволить создание [и ремонт] космических кораблей по сути с нуля уже в течение нескольких ближайших десятилетий – при надлежащем интересе заказчиков и соответствующем финансировании проекта…

Так что хотя идея о самоисцеляющихся космических роботах и остается пока еще весьма далекой от реальности, однако вполне очевидно, что военные и гражданские исследователи над этим не только всерьез размышляют, но и делают первые шаги к практической реализации идеи.

В частности, именно таким шагом является и программа Phoenix в агентстве DARPA – проект по созданию на орбите новых спутников, собираемым из разных частей, принадлежащих устаревшим или уже отслужившим свое аппаратам, безжизненно дрейфующим на земных орбитах.

Можно говорить, что программа эта в основе своей была вдохновлена биологией медузы – создания природы, имеющего всего 22 клетки разной специализации, которые формируются в миллионы клеток ее организма с весьма нетривиальной функциональностью.

1.medusa

В агентстве DARPA примерно в том же идейном ключе надеются создать новое поколение совсем небольших спутников или «сатлетов», каждый из которых выступает как специализированная клетка. В совокупности же сатлеты смогут взаимозаменяемо комбинироваться в разных сочетаниях – чтобы реализовать полноценные возможности куда более тяжелого и сложного современного космического корабля.

Контуры будущего

В силу специфики военных разработок, огромная часть исследовательских проектов DARPA окутана завесой секретности, а потому вообще неизвестна широкой публике. Но даже по той части программ, которая секретом не является – особенно в области информационных технологий – можно судить, насколько ощутимо эта структура влияет на формирование контуров нашего всеобщего будущего.

Практически все, вероятно, наслышаны, что непосредственный предшественник агентства, ведомство под названием ARPA, сыграло важную роль в начальных стадиях создания глобальной компьютерной сети, со временем получившей название Интернет (поначалу этот проект именовали ARPANET).

Наверняка меньшему числу компьютерных пользователей известно, что при непосредственном финансировании DARPA в свое время создавалась система Multiplexed Information and Computing Service, ныне более известная как ОС UNIX. И уж совсем мало кто из сегодняшних владельцев айфонов имеет представление, что SIRI – знаменитый эппловский интерфейс распознавания и интерпретации речи – это тоже ответвление одного из проектов DARPA в области систем искусственного интеллекта, носившего название CALO.

2.SIRI_(CALO)

В заключение данного (на самом деле куда более длинного) ряда можно вспомнить и то, что известная технология Onion Routing, лежащая в основе системы TOR для анонимных коммуникаций в компьютерных сетях, была создана также при непосредственном участии DARPA. А создали ее разработчики NRL – исследовательского центра ВМС США – в интересах американских спецслужб, нуждавшихся в эффективном средстве для заметания следов своей активности в интернете.

Последний пример с NRL, или Naval Research Laboratory, часто работающей по секретным заказам американских шпионских агентств, здесь упомянут вот по какой причине. Согласно опубликованной в прессе информации, для реализации новой робото-космической программы Phoenix в качестве системного интегратора всего проекта агентство DARPA также выбрало именно это заведение – военно-морской исследовательский центр NRL.

Идеи относительно того, почему именно NRL поручено курировать сугубо космический проект, будут изложены чуть позже. А сейчас самое время рассмотреть известные подробности о том, что, собственно, представляет собой данная инициатива.

Впервые о запуске своей новой программы исследований и разработок под названием Phoenix агентство DARPA объявило год назад, 20 октября 2011. Главная цель проекта – отыскать эффективные способы для повторного использования компонентов от спутников связи, работающих на GEO, то есть геостационарной орбите Земли.

Для того, чтобы важность и масштабность замысла предстала особо наглядно, достаточно взглянуть на такую вот иллюстрацию NASA, где в общих чертах отображается количество мертвых спутников и обломков кораблей, окружающих Землю.

space-garbage

В первую очередь, конечно же, это вполне реальная угроза столкновений для пилотируемых и беспилотных космических полетов. По текущим подсчетам Orbital Debris Program Office, специально созданного в NASA подразделения для решения проблем вокруг этой напасти, в космическом пространстве вокруг нашей планеты известно и каталогизировано порядка 19 тысяч объектов с размерами свыше 10 сантиметров.

Конечно же, в значительной доле это просто хлам и обломки. Но кроме того, это еще и масса ценного оборудования, стоящего огромную кучу денег. По свидетельству ученых DARPA, на одной лишь геостационарной орбите сейчас насчитывается порядка 1300 отслуживших спутников общей стоимостью около 300 миллиардов долларов.

И если подойти к делу по-хозяйски, то спутники эти можно или модифицировать до вновь рабочего состояния, или же поснимать с них ценные компоненты для выполнения новых задач космической связи. Именно для этого, собственно, и запущена программа Phoenix.

На текущем этапе программы главные усилия разработчиков сфокусированы на задаче повторного применения антенн. Как правило, геостационарные спутники имеют сравнительно недолгую жизнь по той причине, что либо у них кончается топливо для маневрирования, либо происходит деградация панелей солнечных батарей, либо технология передач транспондера становится устаревшей. Но как бы там ни было, с антенной обычно все остается в полном порядке.

При этом, что существенно, очень крупные антенны таких спутников являются определяющим фактором не только для размера собственно аппарата, но и для мощности ракетоносителей, доставляющих их на орбиту. Потому что хотя антенны компактно складываются перед запуском, чтобы полностью развернуться уже на орбите, имеется вполне четкий физический предел тому, насколько существенно их можно упаковать для вывода в космос.

3-4.darpa-phoenix-display

Иначе говоря, чем больше предельные возможности ракеты-носителя, тем крупнее апертура антенны, которую можно развернуть на орбите – остальная же часть спутника может быть сделана совсем небольшой. Поэтому проект «Феникс» и сосредоточен на главном, самом дорогом факторе в общей цене геостационарного спутника.

Суть идеи в том, чтобы освоить технологию аккуратной утилизации антенн большой апертуры с «усопших» спутников, и затем перемещать антенну в нужную точку GEO, сконструировав вокруг нее функции другого аппарата.

Теория и практика

Практическая реализация концепции Phoenix мыслится примерно так.

Ключевой элемент программы – особые «системы орбитальной доставки груза» или кратко PODS (payload orbital delivery systems), представляющие собой комплекс маленьких сатлетов, внешне примерно одинаковых, но с разным функциональным назначением. Такие системы планируется запускать в качестве попутной нагрузки с ракетой, выводящей на GEO-орбиту очередной спутник связи.

3-4.darpa-phoenix-service-satellite

По достижении нужной точки эти PODS’ы будут сброшены, а уже находящийся там корабль-буксир (оснащенный также робот-руками для монтажно-утилизационных работ) будет их собирать и размещать на своем «инструментальном поясе». Когда же весь набор инструментов будет укомплектован, буксир отправляется на орбиту захоронения, где в 200 км от GEO покоятся уже отслужившие свое геостационарные спутники.

Для всех сатлетов, как уже говорилось, характерна общая форма, поскольку все они должны подходить, во-первых, под одно и то же устройство-эджектор для сброса груза и, во-вторых, занимать стандартные ячейки в инструментальном поясе буксира.

Корабль-буксир, прибыв на нужную орбиту, сближается со спутником, подлежащим утилизации. С помощью рук-роботов на задней стороне антенны старого спутника собирается нужный комплекс сатлетов, которые в совокупности формируют полный набор функций спутника нового.

Затем руки-роботы отсоединяют антенну с закрепленными на ней сатлетами, и буксир перемещает эту сборку на новую операционную позицию в геостационарной области.

Дабы сразу была ясна гигантская сложность подобной задачи, в DARPA с готовностью признают тот комплекс проблем, что неизбежно встает перед разработчиками проекта. Уже знакомый нам менеджер программы Дэвид Барнхарт рассказывает об этом так:

«Спутники на GEO не предназначены для разборки или ремонта их компонентов, так что здесь и речи не идет о простом развинчивании болтов и гаек. Тут требуются новые системы дистанционного видеонаблюдения, технологии роботов и особый инструментарий, чтобы прикрепляться, захватывать, резать и модифицировать сложные системы, поскольку имеющиеся там соединения обычно либо отлиты, либо приварены.

Другая сложнейшая задача – это разработка новых дистанционно управляемых процедур, чтобы удерживать две части вместе, пока третья робото-рука могла бы надежно скрепить их друг с другом еще одним элементом типа зажима. И все это при нулевой гравитации.

Для человека, управляющего подобной робототехникой, сложность работы оказывается примерно такой же, как попытка собрать с помощью дистанционного управления несколько конструкторов LEGO одновременно, причем наблюдая за происходящим через телескоп»…

Несложно понять, наверное, что в подобном контексте для современных космических спутников-роботов особо необходимы минимальные зачатки собственного «разума», что позволило бы им не только выполнять все команды операторов с далекой Земли (расстояние до GEO – 36 тысяч км), но и хотя бы несложную часть операций осуществлять автономно.

Именно эта тема – реализация коллективного разума для комплекса взаимодействующих спутников – исследована в известной работе американских специалистов по искусственному интеллекту, опубликованной в 2003 году журналом Artificial Intelligence (‘Multiple agent-based autonomy for satellite constellations’ by Thomas Schetter, Mark Campbell and Derek Surka).

Как пишут авторы данного исследования, «ключевая технология, которая позволит множеству распределенных спутников достичь своего потенциала – это скоординированная разумная автономия». Иными словами, машинам требуется способность бегло общаться друг с другом, а также с людьми операторами, работающими с Земли. И также им необходима способность принимать какие-то самостоятельные решения относительно того, куда и когда следует двигаться.

В настоящее время эту довольно давнюю работу вновь вспоминают по той причине, что ее практической реализацией, по сути, уже занимаются – но только не в космосе, а в атмосфере – специалисты NRL, центра военно-морских исследований США.

В частности, известно, что в 2011 году в NRL было проведено тестирование компьютерных алгоритмов, которые позволяют двум беспилотным летательным аппаратам-дронам совместно выполнять общую разведывательную задачу – раздельно неся на бортах различные сенсоры для одновременного и взаимно согласованного сканирования одной и той же цели.

Принимая во внимание эти исследования, уже вряд ли кто станет удивляться, что именно NRL была выбрана агентством DARPA в качестве системного интегратора нового космического проекта «Феникс».

Отчетливый шпионский элемент упомянутых изысканий NRL, кстати говоря, вполне созвучен и предположениям на тот счет, откуда, собственно, пошли и идея, и само название программы – Phoenix.

В США, как многие наверное замечали, обычно любят давать имена своим инициативам не просто так, а с неким глубоким смыслом. Поэтому вполне логично предполагать, что и здесь имя мифической птицы, погибавшей в огненном пламени, а затем вновь возрождавшейся из пепла помолодевшей, появилось отнюдь не случайно.

Короче говоря, вполне может быть, что корни программы Phoenix следует искать совсем в другой секретной истории из недавнего прошлого американских спецслужб.

Один взгляд назад

На рубеже 2004-2005 годов в Конгрессе США при обсуждении бюджетных расходов разыгрался нешуточный скандал вокруг финансирования глубоко засекреченных проектов разведки. Один из высокопоставленных конгрессменов, допущенных к гостайне, не удержался и публично почти что допустил разглашение – назвав «угрозой национальной безопасности» новую разведпрограмму, требующую под себя многомиллиардных затрат.

Из разных сведущих источников было, в общем-то, известно, что речь идет о некоем фантастически дорогостоящем проекте с применением невидимых для радаров космических стелс-спутников. Но от этого знания, впрочем, становилось еще более неясным, как подобная шпионская технология в руках разведки может угрожать стране, ее же и применяющей.

Стелс-технологии в космосе, кстати, хотя уже давно и не являются новостью, но по сию пору остаются как бы государственной тайной США, поскольку применяются сугубо в шпионских целях для маскировки спутников видовой разведки. Несколько поколений аппаратов этой программы, запущенной еще в годы холодной войны, носят общее неофициальное название Misty.

NRO

А наиболее показательным общедоступным «документом», подтверждающим реальное использование технологии, можно, наверное, считать нашивку-шеврон, выпущенную в начале 2000-х годов для сотрудников NRO, Управления космической видовой разведки США. На этом шевроне из четырех спутников, летящих над планетой, три «птички» выглядят обычно, однако четвертая как бы прозрачна и обозначена лишь своим контуром.

О технологиях и запусках спутников Misty внешним аналитикам было известно немало, однако в новой суперсекретной программе содержалось нечто еще – рискованное и принципиально отличающее ее от прежних задач. Подсказкой к этой шараде стали неординарные события, происходившие примерно в то же время в параллельной разведслужбе и в космических войсках.

Двумя годами ранее, летом 2002, один из высших постов в Агентстве национальной безопасности США (АНБ, главная спецслужба страны в области инфотехнологий), пост директора по научно-техническим исследованиям занял крайне неожиданный для радиоэлектронной разведки человек по имени Эрик Хезелтайн (Eric Haseltine). Непосредственно до этого доктор психологии Э. Хезелтайн был главным экспертом компании Walt Disney по компьютерным спецэффектам, виртуальной реальности и «ментальным миражам» для парков аттракционов.

Причем и на новом месте этот специалист, по его собственному свидетельству, стал заниматься «примерно тем же, что и у Диснея». Но только теперь каким-то неразглашаемым образом совмещая в своей работе задачи спецслужб, достижения индустрии развлечений и космические технологии.

А затем, осенью 2004 года на одной из национальных конференций по космосу выступил бригадный генерал Ларри Джеймс (Larry James), замначальника Командования космическими и ракетными системами США. Из его доклада впервые стало известно о «контр-коммуникационных системах» (Counter Communications Systems) – новом электронном оружии, уже развернутом на трех, для начала, американских военных базах и предназначенном для избирательного подавления спутниковых систем связи.

Главная особенность применения систем CCS в том, что они способны подавлять спутники не грубо, а «деликатно». С помощью узко направленных электромагнитных импульсов с Земли ими «блокируются передачи спутника на временной и обратимой основе, без выжигания компонентов» аппаратуры.

То есть, по мысли военных, эффект «обратимости» подразумевает, что работу выбранного в качестве цели спутника-ретранслятора можно было бы блокировать лишь на то время, которое военно-политическое руководство США сочтет для себя нужным. А затем, по идее, все можно было бы вернуть в исходное работоспособное состояние…

Словно Феникс из пепла

При сопоставлении уже перечисленных фактов с тем, что спецслужбы США и ранее уже не раз подлавливались на преднамеренном искажении сообщений и видеоинформации из зон военно-политических конфликтов, общая картина стала выглядеть примерно так.

Вместе с освоением компьютерных технологий «управления восприятием» (модификация и фальсификация текущих новостей в СМИ), вместе с имеющимся радиоэлектронным оружием для временного блокирования вещательных спутников-транспондеров на орбите и с получением в свое распоряжение «невидимых» спутников широкой функциональности (от видовой и радиоразведки на низких орбитах до ретрансляции сигналов на орбитах высоких), в разведслужбах могла родиться такая идея.

В критические для военно-политических акций моменты на время «выключать» спутники, вещающие ТВ на определенные регионы планеты, а вместо них подставлять собственные «невидимые» транспондеры – подвешенные примерно в тех же точках орбиты и ретранслирующие, на первый взгляд, почти те же самые потоки информации. Но только с модифицированными новостями, представляющими события в нужном для США ключе…

Понятно, что вся эта затея выглядит как фантастически дорогая, опасная и непредсказуемая в своих последствиях авантюра, коль скоро любой подобный обман достаточно быстро и легко выявляется элементарным сопоставлением видеозаписей. Но – если вспомнить – примерно то же самое, только в более сдержанных и туманных выражениях, сказал, собственно, и вице-председатель сенатской комиссии по разведке Джей Рокфеллер, когда в декабре 2004 критиковал новую суперсекретную разведпрограмму.

Конечно же, все это не более, чем правдоподобная гипотеза. Однако имеются еще два очень сильных факта в ее подкрепление (принимая во внимание, что всякое оружие необходимо тестировать в реальных условиях, а первые тесты редко бывают удачными).

5.intelsat-americas

В точности в тот же самый период времени, 28 ноября 2004 года геостационарный спутник связи Intelsat Americas-7 испытал «внезапный и непредсказуемый аномальный скачок в электропитании». Из-за чего произошла полная и безвозвратная потеря спутника, обеспечивавшего цифровую ТВ-трансляцию и интернет-доступ для жителей многих стран Северной, Центральной и Южной Америк.

Через полтора месяца, 14 января 2005 года с другим спутником Intelsat, IS-804, обеспечивавшим телекоммуникационные услуги и медиа-вещание для южно-тихоокеанского региона, произошла та же самая история с «внезапным и непредсказуемым аномальным скачком в электропитании», приведшим к полной потере космического корабля.

Международный консорциум Intelsat признал, что не может ни объяснить произошедшее, ни даже считать два этих события связанными между собой, поскольку погибшие спутники были запущены в разное время, имели разную конструкцию и были сделаны совершенно разными американскими изготовителями: IA-7 собран фирмой Space Systems Loral, а IS-804 корпорацией Lockheed Martin…

(Несколько месяцев спустя, в июне 2005, д-р Эрик Хезелтайн завершил свою недолгую службу в АНБ, а в июне 2007 новый директор национальной разведки США Майк Макконелл, осуществлявший общее руководство деятельностью 16 американских разведслужб, сообщил, что окончательно «убил» некий очень секретный и крайне дорогостоящий разведывательный проект.)

Ну а загадка таинственной гибели двух спутников Intelsat подряд так и осталась, понятное дело, нераскрытой.

Но зато ныне достаточно хорошо известно о компаниях, тщательно отобранных агентством DARPA (без утвердившейся практики конкурсов) для участия в новой программе Phoenix. Среди множества американских корпораций в этом списке явно выделяется международный консорциум Intelsat, который будет заниматься интерфейсами для выводимых на GEO сатлетов.

Еще один заметный участник – компания Space Systems Loral, обеспечивающая то, каким образом маленькие спутники-сатлеты можно будет доставлять на геостационарную орбиту в качестве дополнительной нагрузки на коммерческих космических кораблях.

Тестирование новой техники на космической орбите запланировано на 2015-2016 годы. И хотя погибшие корабли, на которых будут проходить испытания, пока не объявлены, логично предполагать, что среди первых будут таинственно сгоревшие спутники Intelsat.

Сгореть и возродиться снова – очень символично.