Již od počátků kosmických letů je mezi odborníky i na veřejnosti často diskutován o problému: je vůbec nutné vysílat do kosmického prostoru člověka? Nestačily by jen přístroje a dálkově řízená nebo automatizovaná zařízení? Jednoduchá otázka – a mimořádně složitá odpověď, pokud vůbec existuje.
Mezi snem a realitou
Otcové nového vědeckotechnického oboru byli velkými snílky. Ale ani ti největší vizionáři příliš neuvažovali o tom, že by se místo lidí měly kosmických letů zúčastňovat jen přístroje.
Nicméně již brzy a zpočátku zcela „tiše“ jejich vlastní zkušenost předvedla, že počáteční fázi lze (nebo spíš bude nutné) zvládnout jen pomocí přístrojů. Američan Prof. Robert H. Goddard, který právě před 80 lety vypustil první malou experimentální raketu, měl přísnou technickou logiku. Věděl, že člověk se do vesmíru ještě dlouho nedostane a proto navrhoval jako první krok vyslat na Měsíc raketu s náloží magnesiového světla… „Dříve než do vesmíru vzlétne člověk, bude zapotřebí provést zkoušky bez posádky“.
Mezi první, kteří to předpokládali již koncem 20. let minulého století, patřil i autor první české knihy o letech do vesmíru Dr. Vilém Santholzer. Správně odhadl, že po výškových raketách přijdou na řadu umělé družice Země, poté zásah Měsíce, oblet Měsíce a návrat na Zemi, fotografování odvrácené strany Měsíce a až teprve pak starty kosmických lodí s lidmi na oběžnou dráhu kolem Země. S čím nepočítal? Že na cestě mezi přístroji a lidmi nám do vesmíru pomohou laboratorní zvířata.
Jak ale na základě dosavadních zkušeností můžeme odhadnout budoucnost? Půjde trend dobývání vesmíru spíše cestou automatů nebo lidí? Zpočátku jsme neměli příliš na vybranou. Rozvoj techniky byl sice závratně rychlý, avšak ne tak, jak by bývali odborníci (a snad ještě víc politici) potřebovali. Museli jsme se řídit heslem „ber, co máš“. Na hranicích mezi snem a realitou to zřejmě bude platit vždycky….
Co potřebuje výzkum?
Obecnější odpověď závisí na tom, co očekáváme. Pokud nám jde jen o výzkum kosmického prostoru, pak si nesporně zejména v počátcích řešení konkrétních úkolů a až do určitého stupně poznání vystačíme jen s automaty a roboty. Vyslání samotných měřících přístrojů je technicky jednodušší a levnější, a tak je možné ho uskutečnit mnohem dřív, než výpravu s lidmi na palubě. Je to rovněž záležitost bezpečnosti. Ztráta techniky je v podstatě jen otázkou peněz a oddálení dosažení cíle. Zůstává nesrovnatelná s případnou ztrátou lidského života, alespoň v našem pojetí kultury.
Vývoj techniky předběhl i takového snílka, jakým je Arthur C. Clarke. Ve svém geniálním návrhu geostacionárních telekomunikačních družic v polovině 40. let minulého století popisoval telekomunikační satelity s lidskou obsluhou. Umělé družice však ovládly „nebe nad námi“, aniž by ke své činnosti potřebovaly mít člověka na palubě. Dokonce se brzy potvrdilo, že to někdy bez lidí dokáží lépe – orbitální teleskopy by byly přítomností člověka naopak rušeny. Pokud ovšem dovedeme získané informace zpracovat a předat na Zemi.
Složitější než pračka
Už déle než čtyři desítky let vysíláme do prostoru sluneční soustavy své průzkumníky. Jak řekl jeden z vedoucích vědeckých pracovníků slavné JPL J. Golombeck: „Podstatou těchto výprav je objevování! Najít nová území a začít je zkoumat…!“
Zpočátku to byly jen přístroje předem naprogramované. Ovšem vývoj techniky se ubíral rychle kupředu, řekněme právě tak rychle, jak člověk potřeboval. První kosmické sondy k Marsu v 60. letech byly dálkově řízené automaty. Byly sice mnohem složitější než automatická pračka, ale principiálně stejné. Dnes už můžeme mluvit o jednoduchých robotech, kontrolovaných z pozemských laboratoří na vzdálenost mnoha desítek milionů kilometrů.
Na kvantitativně jiné, leč kvalitativně podobné úrovni se u Marsu opakuje scénář, jaký jsme zažili při výzkumu Měsíce. Jen odběr vzorků automatickými sondami se tehdy, koncem 60. let opozdil. Bylo to proto, že mezi sebou soupeřily dvě velmoci. Američani se bez něho obešli, ale Rusové ho měli v plánu jako náhradní řešení poté, co prohráli závod o prvenství kosmonautů…
Při výzkumu Marsu se s ním počítá jako s mezinárodním projektem kolem roku 2015. Sonda přistane na povrchu Rudé planety a malé robotické vozíky k ní svezou vzorky povrchových hornin, odebrané pod optickou kontrolou ze Země. Jako bychom stáli na povrchu Marsu a jen se nechtěli shýbat.
Bez lidí se neobejdeme!
Jenže v pokročilejším stadiu výzkumu se ukázalo, že přítomnost kvalifikovaného pracovníka v kosmickém prostoru je vždycky výhodnější a efektivnější. Stačí porovnat kvalitu vzorků, přivezených ze sousedního Měsíce sondami Luna a pilotovanými výpravami Apollo.
Lze tak zobecnit úvahy, které na přelomu 50. a 60. let přednesl na astronautickém kongresu Čechoameričan Frank J. Malina při návrzích na stálou stanici na Měsíci: „Dokud výzkumné úkoly zvládneme kvalitně vyřešit bez člověka, je pilotovaný let neopodstatněný“.
Pilotované lety jsou sice nákladné, ale získaný objem i kvalita informací tomu obvykle odpovídají. Už pár let po Gagarinovi začalo platit, že kosmonauti se nevozí, nýbrž létají (jak to formulovali američtí piloti programu Gemini). Kosmonaut se při tom stává nedílnou součástí technického systému, který ovládá, řídí a, zdaleka ne v poslední řadě, opravuje. Takovou úlohu mají posádky mezinárodní kosmické stanice.
Výzkum nebo dobývání?
Pilotované výpravy kladou řádově vyšší nároky na kvalitu a spolehlivost kosmických zařízení. Ale ta přece vznikají na Zemi a technická náročnost kosmonautiky pozitivně ovlivňuje úroveň techniky i v dalších oblastech. Letecko-kosmický průmysl je jedním z hnacích motorů pokroku vědecko-technického rozvoje civilizace.
Ovšem výzkum je jen první etapou toho, co bychom mohli nazvat poněkud pateticky „dobývání vesmíru“. Jestliže nám jde o využívání kosmického prostoru, o jeho plné začlenění do civilizačních struktur (nebo naopak o rozšíření civilizačních struktur i do kosmického prostoru), o jeho integrování do člověčí kultury, pak je řeč o něčem jiném a v tom případě je přítomnost člověka samého ve vesmíru nevyhnutelná.
I vesmír je náš svět
Vizionář dnešních dnů A. C. Clarke se shoduje s vizionářem K. E. Ciolkovským, který před téměř sto lety tvrdil, že lidstvo nemůže zůstat věčně na Zemi a že civilizace má jedinou šanci na budoucnost, bude-li pokračovat v letech do vesmíru. Bez kosmonautiky a s ní spojeného vědecko-technického a sociálního rozvoje bychom se vydali na trnitou cestu zániku.
Ve světle přítomnosti člověka a strojů v kosmickém prostoru se ovšem může měnit i pohled na integrace zařízení běžné potřeby a jejich funkcí. Příkladem toho, co máme na mysli, může být mobilní telefon. První mobily byly uvedeny na trh v době, kdy se objevil americký raketoplán. Tehdy telefony vážily tři čtvrtě kilogramu. Teď, po čtvrt století, ho má každý pátý pozemšťan, přístroj je výrazně menší a lehčí a kromě telefonování může sloužit i pro fotografování nebo filmování, psaní, posílání a přijímání textových zpráv, připojení k Internetu, přehrávání hudby, jednoduché počítání a sledování času.
Před čtyřiceti lety používali studenti jen logaritmické pravítko a celá hvězdárna jedinou elektrickou kalkulačku. Startovaly první umělé družice a elektronický počítač potřeboval celou velkou místnost, nadto klimatizovanou. Při prvních výpravách člověka na Měsíc se už takové zařízení vešlo do stísněné kosmické kabiny. Osobní počítače dneška jsou dobře přenositelné a v posledních třech rocích nás stále víc používá počítač o velikosti poznámkového bloku a hmotnosti půldruhého kilogramu, ovládaný elektronickým perem. Kromě toho je výkonnější a rychlejší, než počítač před půl stoletím. Odborníci soudí, že za další čtvrt století budou počítače milionkrát rychlejší než dnes…
Integrace člověka a strojů
Civilizace jako evoluční systém má tendenci k tak zásadním kvalitativním přeměnám, že se nevyhnou ani samotnému člověku. Jejich příští vývoj nelze beze zbytku předvídat. Možná, že již za několik generací se staneme bytostmi, pro které bude homo sapiens sapiens jen vývojovým předchůdcem.
První kroky k tomu právě zažíváme. Náš vlastní organismus stále častěji potřebuje „opravit“ implantací náhradních dílů. Nynější špičkové experimenty se do deseti, nejvýše dvaceti let stanou běžnou záležitostí. Už před několika lety neurologové implantovali do mozku opice elektrody o průměru lidského vlasu, jejich vývody spojili s počítačem a ten připojili k ramenům manipulátoru. Opice dokázala myšlenkovými povely přinutit ramena k uchopení a přemístění předmětu. Bezdrátová modifikace není problémem a co dokáže opička, dovedeme také.
Podle britského kybernetika Kevina Warwicka (autora knihy Úsvit robotů – soumrak lidstva): „Z prvních experimentů se signály mozku a s počítači, které dokázaly vazbu mezi lidským centrálním nervovým systémem a technikou, vyplynulo naprosto nové spektrum budoucnosti. Zakrátko bude možné, aby se člověk s implantátem naučil obsluhovat počítač pouze svými myšlenkovými pochody, což předznamenává nejen konec klávesnic a myší, ale snad dokonce i samotné počítačové obrazovky.“
Čím nás překvapí technika?
Epocha prorůstání biologického života s technikou už je za dveřmi. Neuvěřitelné možnosti, ale také riziko! Protože mnohé nasvědčuje tomu, že budoucnost druhu homo sapiens sapiens přímo závisí na inteligenci strojů. Nejprve ve vesmíru a poté i na Zemi. Kdy si začne tzv. umělá inteligence uvědomovat vlastní identitu? A jakmile bude síť strojů vládnout inteligencí srovnatelnou s lidskou? Nenarazí lidstvo na problémy, které nedokáže překonat?
Jednou budeme možná řešit podobnou otázku na ještě vyšší úrovni, v souvislosti s roboty. Ti současní se zatím podobají spíše manipulátorům, protože zvládají jen jednoduché úkony a pracují pod lidským dohledem. Až je začnou „myslet“ výrazně lépe než my, nastane pro nás poslední volba. Jak dlouho pak ještě bude trvat, než roboty vybavíme takovou dávkou „umělé inteligence“, aby nás mohli samostatně zastupovat? Pro lety do vesmíru zdánlivě ideální, dokud robotický systém nezjistí, že naše povely mu překážejí ve splnění stanovených cílů. Zhruba tak, jak to popsal A. Clarke v případě počítače HAL 9000… Naše „pohodlnost“ se může obrátit proti nám. Nemusí, ale může.
Zatím ještě máme čas o tom přemýšlet. A využít šancí, které nám lety do vesmíru nabízejí. Na dosah máme celou sluneční soustavu. Následující generace se budou moci rozhodnout, zda zahájit „kolonizaci“ Marsu. Ne proto, abychom tam ze Země utekli, ale aby lidská kultura dostala novou příležitost ke svému rozvoji. Dosavadní kolektivní zkušenost lidstva nám napovídá, že to, s čím se ve vesmíru setkáme, bude mít mnohem větší hodnotu, než se nyní domníváme, že tam najdeme…
LUNOCHOD
První dálkově řízené vozítko na jiném vesmírném tělese, ruský Lunochod, vážil 756 kg, měl osm kol o průměru 0,51 m s rozchodem 1,6 m na podvozku dlouhém 2,2 m, průměr hermetického přístrojového pouzdra byl 2,15 m. Každé kolo mělo svůj vlastní náhon s elektromotorem. Lunochod se mohl pohybovat vpřed i vzad rychlostí asi 1 nebo 2 km/h, zatáčky bral smykem. Hermetické přístrojové pouzdro obsahovalo aparaturu pro zajištění rádiového spojení, palubní automatiku, zdroje elektrické energie, systémy tepelné regulace a elektroniku vědeckých přístrojů. Horní část hermetického pouzdra s chladícím radiátorem termoregulačního systému krylo nastavitelné pohyblivé víko, na jehož spodní straně byly sluneční baterie.
Lunochod byl vybaven povelovým řídícím systémem, doplněným autonomním logickým systémem pro nebezpečné situace, spojovým zařízením a čtyřmi televizními kamerami k řízení vozidla se snímáním rychlostí. Dvě kamery mířily kupředu, dvě do stran. Na vozidle bylo umístěno několik set čidel pro zjišťování stavu jednotlivých přístrojů a systémů. Logický autonomní systém blokoval řídící povely v případě kritického náklonu vozidla a kritického zatížení kol. Pohyb po Měsíci řídila v reálném čase z operačního sálu střediska pětičlenná skupina operátorů, která se orientovala především televizním obrazem povrchu. Řízení bylo komplikováno skutečností, že rádiový signál překoná vzdálenost Země-Měsíc a zpět za 2,6 sekundy.
MARSOCHODY
Americká vozítka Spirit a Opportunity jsou téměř identická. Každé má celkovou hmotnost 174 kg a rozměry 1,49×2,29×1,58 m. Je vybaveno šestikolovým podvozkem se samostatně řízeným předním a zadním párem kol. Na horní podstavě jsou umístěny panely fotovoltaických baterií s maximálním příkonem 140 W. Elektronika a akumulátorové baterie jsou umístěny v aerogelem tepelně izolované části, vyrobené z kompozitního materiálu. Teplota uvnitř je udržována kombinací odpadního tepla z elektroniky, elektrického topení a radioizotopových topných elementů.
Vozidla jezdící po Marsu jsou na rozdíl od dávných Lunochodů příliš daleko, než aby mohla být řízena přímo „on line“. Řídí je výkonný palubní počítač typu Rad 6000, který zpracovává data z vědeckých přístrojů a autonomně řídí pohyb vozítka s využitím prvků umělé inteligence.
Na horní podstavě vozidel je umístěn mj. též stěžeň, na jehož vrcholu je pár navigačních kamer se zorným úhlem 45°; další 2 dvojice kamer se zorným polem 120° umístěné na spodní straně vozítka, na jeho přídi a na jeho zádi, slouží k detekci překážek v cestě do vzdálenosti 4 m. Pojezdový systém s šesti výkyvně zavěšenými koly o průměru 0,25 m se samostatnými elektromotory umožňuje jízdu maximální rychlostí 50 mm/s (praktická maximální rychlost 10 mm/s) a toleruje náklon až 45° v kterémkoli směru, i když řídicí počítač tento náklon omezuje na 30°.
Aerobot
Robotická zařízení pro výzkum těles sluneční soustavy, na nichž se nachází alespoň řídká atmosféra, nemusí být jen pojízdná. Zejména na povrchu Venuše by životnost vozítka byla mimořádně krátká. Proto jeden z týmů NASA navrhuje vypustit do husté atmosféry Venuše autonomní letoun, poháněný sluneční energií. Byl by schopen zkoumat povrch planety s nejméně desetkrát větším rozlišením, než to lze z oběžné dráhy. Létající roboti tak mohou vyplnit mezeru mezi družicemi a stanicemi na povrchu a to nejen u Venuše.
Tým specialistů již začal pracovat na projektu létajícího inteligentního robota, který může z výšky studovat amazonský prales či Saturnův měsíc Titan. První testy 11 metrů dlouhého robota řízeného umělou inteligencí prokázaly, že už dnes je schopen autonomně zkoumat oblasti vybrané vědci v okruhu několika kilometrů od místa startu. Pomocí senzorů sledujících vzdušné proudy se dokonce sám umí vyhnout oblastem nebezpečných turbulencí a nalézt výšku, ve které je vzduch klidnější. Zatím je závislý na datech o poloze systému GPS. Ten lze použít na naší planetě, ale odborníci nyní „učí“ robotickou laboratoř navigaci na základě snímků povrchu. S ohledem na velkou vzdálenost Země – Saturn je nezbytné, aby letoun byl schopen samostatného provozu bez kontaktu se Zemí.
Robot pro vnější opravy ISS
V souvislosti s úvahami o možné opravě Hubbleova kosmického dalekohledu na oběžné dráze pomocí robotického systému se obrátila pozornost na zařízení, určené pro potřeby stanice ISS. Je to robot-opravář DEXTRE (Special Purpose Dexterous Manipulator), vyvíjený kanadskými odborníky pro provádění montážních prací vně stanice ISS. Robot je vybaven dvěma „rukama“, velice pohyblivými a přesnými manipulátory, a má být schopen provádět prakticky všechny operace, které vykonávají kosmonauti ve volném kosmickém prostoru. Při vývoji se vycházelo ze zkušeností s provozem manipulátoru na palubě raketoplánu (tzv. „kanadskou rukou“) či s podobným zařízením Canadarm-2, instalovaným na kosmické stanici ISS. Podle průběžného hodnocení má DEXTRE lepší parametry než souběžně vyvíjený humanoidní robot NASA, zvaný Robonaut.
V případě použití pro HST by bylo nutno pomocí různého nářadí uvolnit a opět připevnit několik ochranných krytů, z vnitřních prostorů vytáhnout vědeckou aparaturu a nahradit ji novým zařízením. Hlavním úkolem by byla výměna panelů slunečních baterií (tj. demontáž starých a instalace nových), výměna gyroskopů a výměna několika vědeckých přístrojů. Případný úspěch by zajistil prodloužení aktivní životnosti dalekohledu nejméně o 5 let.
Robot na ISS
Na orbitální stanici ISS funguje od jara 2005 robotický manipulátor ROKVISS (Robotik-Komponenten Verifikation auf der ISS) o velikosti asi půl metru, instalovaný na vnější povrch stanice. Je vybaven dvěma klouby, kovovým „prstem“ a dvěma integrovanými kamerami. Při jeho testech bylo ověřeno, že tento systém lze v reálném čase řídit ze Země a že je schopen pracovat v určitých situacích i automaticky. V budoucnosti se odborníci pokusí provádět ze Země i náročné a nebezpečné činnosti ve vesmíru, čímž by značně ulehčili práci kosmonautům. Pro bezpilotní výpravy do prostoru planetární soustavy se díky použití inteligentních pohyblivých robotických systémů otevírají nové pespektivy.
Robot chirurg
Skupina kosmonautů NASA pod vedením R. Thirska z Kanady nedávno experimentálně řešila modelový problém náhlého onemocnění kosmonauta na orbitální stanici ISS nebo při letech do vzdálenějšího prostoru, kdy návrat na Zemi je zdlouhavý a nebo není možný. Lékař, nacházející se u monitoru v řídicím středisku prováděl na vzdálenost 2000 km operaci žlučových kamenů, přičemž jeho rukama byl robot Zeus. Při simulovaném přerušení spojení mezi chirurgem a operujícím robotem museli robota řídit kosmonauti sami na základě slovních pokynů, předávaných lékařem na hlasovém přenosovém kanálu.
Robotický pes pro jiné planety
Odborníci z Johnsonova kosmického střediska NASA v Houstonu uskutečnili v poušti státu Utah úspěšné zkoušky robota, který by v budoucnosti mohl kosmonauty doprovázet terénem jako dobře vycvičený pes a „aportovat“ jim nasbírané geologické vzorky či vědecké přístroje. Je to čtyřkolový vozík s oficiálním názvem ERA (Extra-Vehicular Activity Robotic Assistant) a s přezdívkou Boudreaux. Rozměry připomíná golfový vozík a svým vzhledem americké rovery Spirit a Opportunity, které nyní pracují na rudé planetě.
Téměř autonomní robot je schopen si na základě zjištěných údajů naplánovat vlastní trasu dalšího postupu, reaguje na hlasové povely kosmonautů a pokorně se pohybuje tam, kde pracují kosmonauti. V případě, že je ztratí z dohledu, sám se ozve, kde se nachází. Je vybaven stereoskopickými kamerami, aby mohl předávat do řídícího střediska snímky okolní krajiny včetně polohy kosmonautů. Robot snadno dovede i to, co by kosmonauti ve skafandrech zvládali jen obtížně. Je například vybaven obratným manipulátorem, kterým může odebírat vzorky hornin nebo kosmonautům podávat přístroje, které jim upadnou na povrch. Je pravděpodobné, že podobné zařízení se uplatní především při pilotovaném výzkumu Měsíce a Marsu, ale není vyloučeno, že bude využito i samostatně ještě dříve, než se tam vydá člověk.
