Дрони в космосі. Як роботи підкорюють Марс та інші куточки Сонячної системи

«Дрон» — надзвичайно популярне у 2026 році слово. Однак складні машини, здатні за командою людини переміщуватися на багато кілометрів та виконувати певну функцію, з’явилися ще десятки років тому. Інша річ, що весь цей час вони застосовувалися там, де більшість людей їх не бачила — у космосі.

Коли та як з’явилися дрони

Російсько-українська війна назавжди змінила життя людей на Землі, познайомивши їх із дронами. Під цим терміном об’єднують одразу кілька класів машин: ті, що літають у повітрі, ті, що їздять поверхнею, і ті, що плавають у морі. Об’єднує їх одне — здатність переміщатися у просторі за дистанційними командами від людини, виконувати якусь частину задач автоматично і здійснювати ще якісь функції відповідно до свого призначення.

Звичайно, на війні цим додатковим призначенням є виявлення, відстежування та забезпечення ураження ворога тим чи іншим способом, або ж перевезення вантажів, що допомагають у веденні бойових дій. Однак відносно низька вартість та універсальність конструкції дронів роблять галузь їхнього цивільного застосування справді безмежною.

Власне, сучасні військові дрони — це багато в чому розвиток цивільних безпілотних систем, які існували ще до того, але перебували в тіні. Проте є одне місце, де вони використовуються давно.

Це місце — космос. Важко повірити, але дистанційно керовані колісні платформи, здатні передавати зображення оператору і виконувати певні функції, почали працювати на Місяці понад 50 років тому.

При цьому багато в чому застосування саме таких автоматів стало для людей несподіванкою. Бо насправді у науковій фантастиці сам по собі політ у космос був цілком звичайною річчю ще у XIX столітті. Але при цьому хоробрі екіпажі зорельотів продовжували  керувати своїми кораблями ледь не за допомогою штурвалів аж до книжок, написаних наприкінці 1950-х, коли вже розпочалися справжні польоти в космос.

Аналогічно, роботи були присутні в літературі із 1920-х років, але уявляли їх саме як залізних людей. Дистанційно керована по дротах коробка на гусеницях з’явилася в реальності у 1940-х роках — раніше, ніж у фантастиці. До речі, вона була самохідною міною.

Ідея того, що сьогодні ми називаємо дроном, почала проникати у свідомість людей, які мріяли про космос, лише після появи в 1940-х роках кібернетики. А справжнім поштовхом до її практичної реалізації стало усвідомлення того, наскільки складно доставити людину на іншу планету чи навіть на Місяць.

«Луноход». Радянські місячні роботи

Перші дрони в космосі були радянськими. Сьогодні це твердження може видатися дивним, адже відомо, що радянська обчислювальна техніка безнадійно відстала від США, проте у 1960-х роках різниця ще не була такою помітною.

При цьому у радянських інженерів був стимул активно розвивати космічні безпілотні системи: вони зрозуміли, що в пілотованому польоті на Місяць відстають від американців ще до аварій ракети Н-1 та успіху Apollo-11.

Саме тому ще у 1966 році стартувала програма «Луноход». Вона передбачала створення апарата вагою 756 кг на  восьмиколісному шасі з приводом від електродвигунів. Живився він від сонячної батареї, яка  після посадки на наш супутник відкривалася як кришка від термокухля. Загалом апарат справляв враження баняка, поставленого на візочок завдовжки 4,42 та заввишки 1,92 м.

Керування здійснювалося по телекамерах, і саме для програми «Луноход» вперше почали готувати операторів дронів, тренуючи їх на наземних полігонах. Саме там конструктори дізналися цікаву річ: логічне розташування камер на рівні центральної частини корпусу (у випадку із першими «Луноходами» на висоті 950 мм) забезпечує оператору поле зору, подібне до того, яке має тарган. 

Цю особливість враховують і в сучасних наземних роботизованих комплексах, встановлюючи камери на щоглі над корпусом. Це значно покращує огляд, попри побоювання щодо їхньої вразливості. Однак у перших радянських космічних дронах цей недолік усунути не встигли.

Перший із цих апаратів мав вирушити на Місяць ще у лютому 1969 року, тобто до старту Apollo-11. Таким чином СРСР намагався хоча б частково вирвати перемогу в конкурента, але аварія ракети-носія поклала цим сподіванням край. Тож перший космічний дрон прибув на Місяць у межах місії «Луна-17» 17 листопада 1970 року.

Наукових приладів на борту було небагато, а керування ускладнювали невдале розташування камер і затримка сигналу. Проте місія все одно стала успішною. На відміну від американських астронавтів, які проводили на поверхні Місяця лише кілька діб, «Луноход-1» пропрацював майже рік — до 14 вересня 1971 року — і за цей час подолав 10,5 км.

Слідом за першим радянським дроном 16 січня 1973 року на Місяць разом із «Луною-21» прилетів і трохи удосконалений «Луноход-2». Він пропрацював тільки 4 місяці, але за цей час встиг проїхати поверхнею супутника 42 км і передати на Землю 86 панорам та понад 80 тис. окремих знімків.

Пригоди американських роботів на Марсі

Успіхи «Луноходів» показали, що за схемою «воно їздить поверхнею планети й досліджує майбутнє». Але безпосереднє керування для космічних дронів не підходило — цьому заважає сама фізика нашого Всесвіту. Кожна команда з Землі на «Луноход» летіла близько секунди, і ще стільки ж часу потрібно було, щоб оператори отримали зображення та побачили, як робот на нього відреагував.

Очевидно, що треба було отримати більший рівень автоматизації, щоб робот отримував тільки загальну команду, а керування окремими вузлами та агрегатами виконував самостійно. Особливо це стосувалося Марса, сигнал до якого в один кінець летить близько 20 хв. Реалізувати це вдалося лише Сполученим Штатам і тільки через чверть століття після подорожі «Лунохода-2».

Цікаво, що спроби надіслати ровер на Червону планету здійснювали ще радянські інженери в межах місій 1971–74 років. Дрони ПрОП-М являли собою оригінальну конструкцію, яка мала замість коліс дві лижі, які він по черзі переставляв, пересуваючись поверхнею. Схема може здатися смішною, однак вона має сенс, коли не потрібна якась особлива швидкість, зате ти не впевнений у тому, що собою являє ґрунт і чи можливо по ньому взагалі пересуватися.

Щоправда, жоден ПрОП-М так і не досяг Марса, і те, на що він здатний в реальності, так і залишилося загадкою. Три з чотирьох посадкових апаратів із ними були втрачені під час посадки, а ще один перестав виходити на зв’язок невдовзі після неї.

У будь-якому разі в NASA  у 1990-х роках вирішила не експериментувати з крокуючими роботами, а використати колісну схему, схожу на «Луноход-1», тільки на новому технічному рівні. Апарат Sojourner («Подорожній») мав розміри лише 65 × 48 × 30 см — приблизно як коробка для взуття. Попри скромні габарити, він був оснащений не лише двома камерами, а й рентгенівським спектрометром, який давав змогу досліджувати хімічний склад марсіанських порід.

Sojourner прибув на Марс разом із місією Mars Pathfinder 4 липня 1997 року і пропрацював на поверхні трохи більше, ніж 80 діб, проїхавши близько 100 м, але зміг передати з неї не лише знімки, а й дані про те, що собою являє каміння і пил навколо нього. І, звичайно ж, цього разу якихось спеціально навчених операторів не готували. На марсохід просто передавали команду, а бортова система керування на основі процесора Intel 80C85 виконувала її.

Місія Sojourner була успішною, але передусім вона підтвердила життєздатність самої концепції космічних дронів. Наступним кроком мала бути місія повноцінних роботів-дослідників. Ними стали марсоходи Spirit і Opportunity, які один за одним здійснили посадку на Марсі в січні 2004 року. Ці дрони масою 185 кг кожен, як і попередній місячний дрон, мали по шість коліс, але кожне з них розташовувалося на незалежній рухливій підвісці, завдяки чому їхня прохідність була значно вищою, ніж у будь-чого, що їздило в космосі до того.

Spirit та Opportunity розпочали тривалу добу американського домінування на Марсі. Перший із них працював до 22 березня 2010 року, проїхавши при цьому 7,73 км, другий — до 10 червня 2018 року, подолавши 45 км поверхнею Марса. Упродовж усього цього часу від них надходив настільки потужний  потік фотографій, що для їхнього аналізу NASA навіть довелося залучати волонтерів. 

Ці два роботи також були першими космічними дронами, на яких камера була піднята на спеціальній стійці й могла вільно розвертатися. Завдяки цьому вони не тільки першими з космічних роботів навчилися робити селфі, але й мали поле огляду майже як у людини, якби вона стояла на поверхні Марса. Крім того, Spirit та Opportunity стали першими космічними дронами, оснащеними буром для дослідження марсіанської кори.

Однак на момент, коли Opportunity остаточно вийшов з ладу (на 15 році своєї місії), на Марсі вже давно працював ровер наступного покоління — Curiosity. Цей колісний робот масою 899 кг (трохи більше, ніж у «Луноходу») здійснив  у 2012 році посадку поблизу від кратера Гейла.

Конструктивно Curiosity дуже нагадував збільшену версію своїх попередників: та сама платформа на шести колесах, кожне з них — на незалежній підвісці. Тільки він уже був повноцінною мобільною лабораторією, яка могла досліджувати Марс самостійно, приймаючи команди із Землі та передаючи назад результати експериментів. Загалом же на борту міститься 10 різних приладів.

Як і його попередники, Curiosity передає на Землю безліч зображень. Однак цього разу камери встановлені не лише на щоглі над корпусом. Частина з них розміщена на трисекційному роботизованому маніпуляторі, який дає змогу детально досліджувати найрізноманітніші об’єкти. На ньому також встановлені бур і спектрометр, що дозволяють визначати склад марсіанських порід.

Ще один американський космічний дрон опустився на Марс у 2021 році. Це був марсохід Perseverance. На перший погляд він нагадує збільшену версію Spirit та Opportunity. Насправді ж Perseverance є частиною програми, мета якої — вперше доправити на Землю зразки марсіанського ґрунту.

Perseverance не випадково сів у кратері Єзеро. Тепер ми знаємо, що колись там була велика водойма, а значить, зберігається можливість знайти сліди життя.

Японські роботи-стрибуни

Однак у ХХІ столітті не лише США відправляли дрони у космос. Абсолютно іншу їхню концепцію, яка багато в чому схожа з радянським ПрОП-М, використовували японці. Пов’язана вона з унікальними місіями «Хаябуса» та «Хаябуса-2», метою яких були астероїди.

Місії відомі саме тим, що вони вперше привезли на Землю зразки малих тіл Сонячної системи, але під час їхнього зближення з астероїдами Ітокава та Рюгу відбулися спроби висадити на них роботів типу MINERVA.

Конструкцію робота визначали особливості середовища, у якому він мав працювати. Сила тяжіння на астероїді надзвичайно мала, тому їздити його поверхнею на колесах чи гусеницях практично неможливо. Замість цього MINERVA масою лише 591 г мала пересуватися короткими стрибками, відштовхуючись від поверхні. Імпульс, який на Землі ледве підкинув би апарат над столом, на Ітокаві перетворювався на невеликі стрибки.

На превеликий жаль,  MINERVA, що була на борту першої «Хаябуси», відскочила від поверхні астероїда в космос. Зате дві її копії, що були на борту другого апарата, успішно висадилися на поверхні Рюгу 2018 року і змогли передати знімок із його поверхні.

Китайські роботи на місяці та Марсі

Поки США протягом двох десятиліть насолоджувалися своїм одноосібним лідерством у створенні космічних дронів, у них з’явився несподіваний конкурент. На початку ХХІ століття китайська космічна програма здійснила настільки стрімкий ривок, що у 2013 році усі з подивом дізналися, що на борту космічного апарата «Чан’е-3», який приземлився на Місяці, є ровер «Юйту».

Названий на честь легендарного місячного зайця, «Юйту» важив 140 кг і зовні дуже нагадував Sojourner. Проте, на відміну від американського марсохода, він був оснащений не лише камерами та спектрометрами, а й, що найважливіше, георадаром.

У 2019 році на Місяць сіла станція «Чан’е-3» з «Юйту-2» на борту. Причому сіла не де-небудь, а на невидимому із Землі боці Місяця. Тож цей ровер працював там, де до нього не було нікого. Зроблені ним знімки та зібрані дані можна вважати унікальними. Загалом він проїхав поверхнею нашого супутника 1613 м.

У 2021 році Китай зміг майже одночасно з американським Perseverance посадити на Марс свій ровер — «Чжужун». Звісно, за своїми можливостями він не міг зрівнятися з флагманським апаратом NASA і радше нагадував Spirit та Opportunity. Проте сам факт його успішної посадки засвідчив, що вже п’ять років тому Китай став прямим конкурентом США у дослідженні Марса.

Що далі?

Дрони в космос почав запускати не лише Китай. У 2023 році Індія змогла посадити на Місяць модуль «Чандраян-3». На його борту був місяцехід «Праг’ян», який хутко з’їхав на поверхню нашого супутника і виконав наукову програму.

І не дивно, що це стало можливим завдяки тому самому процесу, завдяки якому ми зараз говоримо про добу дронів на Землі: створення роботизованих систем іде в напрямку здешевлення. Вони стають доступнішими навіть для не дуже багатих і не дуже досвідчених розробників.

І в космосі цей процес почався навіть раніше, ніж на Землі. Першу версію «Праг’яна» Індія намагалася посадити на Місяць ще 2019 року, але тоді її спіткала невдача. Європейська космічна агенція вже кілька років обкатує десятки моделей роверів на своїх наземних полігонах.

Скоріш за все, невдовзі ми побачимо, як і інші держави масово почнуть будувати  космічні дрони. Цілком можливо, що справжня доба освоєння космосу і дронів у ньому настає тільки зараз.