17 апреля 2025 г.
Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ запускает новую серию информационно-аналитических материалов «Промышленность» и представляет в первом выпуске результаты анализа перспективных сфер применения на Земле решений, основанных на разработках в области космической робототехники.
Космическая отрасль с приходом новых игроков, прежде всего частных компаний, в последние годы заметно трансформируется. Главная причина этих изменений — радикальное снижение стоимости средств выхода в космос: средние затраты на запуск во втором десятилетии XXI века сократились более чем в 11 раз в сравнении с
Космическая робототехника — адаптированные к особым условиям космической среды (радиация, экстремальные колебания температуры, электромагнитное излучение и др.) роботизированные системы общего назначения, которые применяются для работы на небесных телах, в частности конструирования, сборки и технического обслуживания космических аппаратов и иных объектов посредством автоматического воспроизведения сенсорных, управляющих, двигательных и коммуникативных функций человека в целях поддержки его деятельности или замены. К данному классу устройств, например, относятся многофункциональные планетоходы, способные проводить исследования, добывать ресурсы, возводить объекты инфраструктуры на небесных телах, или роботизированные спутниковые платформы, которые могут обслуживать или собирать космические аппараты и удалять их с орбиты и т. п. Космические роботы активно эксплуатируются для проведения исследований на Луне, Марсе, кометах, обслуживания выведенных на орбиту спутников и космических станций — Международной космической станции (МКС) и китайской Tinagong. Вектор новой космической гонки нацелен в сторону активного коммерческого использования орбиты Земли, создания новых космических станций и иных аппаратов для освоения поверхности Луны и других планет, с применением роботов.
Между тем космические роботы могут и на Земле выполнять массу полезных функций — от сбора урожая до проведения сложнейших хирургических операций. Чаще всего космические разработки используются в традиционно консервативных отраслях, включая медицину, сельское хозяйство, ликвидацию чрезвычайных ситуаций, строительство и ряде других (рис. 1). Расширяя спектр применения дорогостоящих технологий за пределами единичных и во многом уникальных космических проектов, компании тем самым стремятся ускорить цикл их окупаемости и диверсифицировать спрос.
На первом месте по числу проданных профессиональных сервисных роботов, по данным Международной федерации робототехники (IFR), находится сельское хозяйство (19,6 тыс. в 2023 г.). Интерес отрасли к робототехнике вызван прежде всего необходимостью обеспечения продовольственной безопасности на фоне растущей нагрузки на обрабатываемые земли и меняющихся природно-климатических условий. Современные высокоточные роботизированные комплексы интегрируют космические решения, которые помогают уменьшить потери урожая и обеспечить рациональное использование ресурсов (земли, воды, удобрений и др.). К примеру, функции планетохода (мобильного робота для работы на других планетах) могут быть полезны при уборке урожая; системы навигации в сложной местности — выращивании культур на площадях с неровным рельефом, сборе плодов в разных местах произрастания растений, измерении качества почв для определения уровня их плодородия и др.
Второе место по числу реализованных сервисных роботов занимает медицина, демонстрируя высокие среднегодовые темпы роботизации (в 2023 г. более 6 тыс.; +36% к 2022 г.). Отрасль предъявляет особенные требования к робототехнике, заключающиеся не только в предельной точности и безопасности для пациента, но и выполнении таких задач, которые врачам физически не под силу. Яркий пример — кластер разработок для высокоточной хирургии на основе технологий роботизированного манипулятора Canadarm2. Более двух десятилетий назад данный механизм длиной свыше 17 метров был установлен на МКС для ее обслуживания: он собирает модули станции, захватывает космические аппараты, прилетающие к МКС, перемещает космонавтов, грузы и др. Усилиями канадской компании MDA и еще 500 организаций из этой страны на основе данного манипулятора было создано устройство для проведения хирургических операций внутри аппаратов МРТ и ряд иных (робот-хирург с визуальным управлением, роботизированный цифровой микроскоп для микрохирургии и нейрохирургии). Планируется инвестировать более 700 млн долл. в создание к 2030 г. системы следующего поколения Canadarm3, которая будет поддерживать работу международной станции Gateway на орбите Луны. Заделы, полученные в ходе разработок нового устройства, которое будет оснащено несколькими манипуляторами и обеспечивать больше возможностей для самостоятельного функционирования, могут найти применение в той же медицине и других сферах.
Тренд на универсальность предусматривает возможность перепрофилирования роботов под различные задачи, что позволяет повысить их востребованность и оптимизировать затраты на эксплуатацию. Космические ведомства, которые по-прежнему остаются основным заказчиком разработок для космоса, нередко стимулируют создателей технологий искать их возможные приложения в новых областях, прежде всего под углом усиления функций государства. Среди них одна из ключевых — ликвидация последствий техногенных и природных чрезвычайных ситуаций. Это важное социальное направление демонстрирует стабильный, но чуть менее динамичный спрос на профессиональных сервисных роботов (+12% к 2022 г.). Робототехника способна существенно облегчить и ускорить очистительные работы, в том числе ограничить или локализовать распространение вредных веществ. Поисково-спасательная и космическая робототехника адаптирована для функционирования в экстремальных условиях, поэтому технологические и инженерные решения из одной области могут быть перенесены в другую. Так, Китайский исследовательский институт ракетной техники (CALT) — ведущий производитель ракет-носителей, используя решение для определения местоположения и сбора обломков ракет, создал интеллектуальную поисковую систему для аварийно-спасательных работ на Земле.
Повсеместно востребованы робототехнические комплексы для мониторинга объектов (коммуникаций в сфере транспорта, связи, инженерного оборудования, др.). Космические разработки могут быть полезны при создании роботов для диагностики трубопроводов, повышения эффективности геологоразведочных работ; технологии модульных роботов c захватными устройствами, помимо марсоходов и луноходов — при проведении наземных работ и даже выводе из эксплуатации АЭС.
Наряду с сервисной робототехникой, космические разработки широко востребованы в обрабатывающих производствах. Так, созданная на основе решений NASA и General Motors роботизированная перчатка предотвращает производственную травматизацию. Изначально данная технология была побочным продуктом человекоподобного космического робота, отправленного на МКС (Robonaut 2). Сегодня это устройство пользуется спросом на рынке носимых устройств для профессиональных задач. NASA и Космические силы США финансируют целый ряд иных разработок космической тематики, обладающих потенциалом применения на производстве (например, системы для автономного захвата космических объектов с помощью роботов, автономной навигации на большие расстояния, лазерной сварки для лунной инфраструктуры и др.).
В России прорывом в области космической робототехники считается робот FEDOR, запущенный на МКС в 2019 г., который изначально разрабатывался для МЧС. На основе данного робота были созданы новые технологии технического зрения, специальный электродвигатель для спутников и иных устройств. В дальнейшем потребность в робототехнических комплексах будет расширяться в свете инициатив по строительству Российской орбитальной станции, проведению лунных миссий, исследованию других планет, прежде всего Венеры. Точные и мощные устройства, устойчивые к высоким нагрузкам и способные работать в особых или более стандартных средах, могут иметь применение далеко за пределами космической отрасли.
Резюме
Достижения в области космических роботов могут стать технологической базой для развития отечественной отрасли робототехники, причем не только сервисной, но и промышленной. Опора на собственную инженерную школу позволит интегрировать и адаптировать универсальные, независимо от типа робота, комплектующие (манипуляторы, измерительные приборы, оптические устройства, системы принятия решений и др.), а также учесть потребности российских пользователей и необходимые материально-технические характеристики. Обмен технологиями (между разными направлениями робототехники) и опытом (между разработчиками и производителями) способен повысить конкурентоспособность российской продукции и ее востребованность на внутреннем рынке. Подобной стратегии максимизации эффектов от поддержки отдельных проектов и компаний придерживаются многие космические державы. В этом контексте отрасль робототехники следует рассматривать целостно, распространив механизмы поддержки реализуемого с 2025 г. национального проекта технологического лидерства «Средства производства и автоматизации» на профессиональную сервисную робототехнику.
Также может ускорить развитие отечественной робототехники и целого ряда иных высокотехнологичных направлений реализация нового национального проекта в сфере космической деятельности, о разработке и скором принятии которого объявлено на недавнем совещании по вопросам развития космической деятельности с участием Президента России.
Источники: результаты проекта «Анализ хода реализации соглашений между Правительством Российской Федерации и заинтересованными организациями в целях развития высокотехнологичных направлений в 2025 году» тематического плана научно-исследовательских работ, предусмотренных Государственным заданием НИУ ВШЭ.
Источник: Николай Марчук и Юлия Туровец, ИСИЭЗ НИУ ВШЭ
