Глава НАСА Чарльз Болден в течение часа общался с учениками школы-гимназии № 1567, в которую приехал, чтобы познакомиться и лично поздравить школьные команды, сумевшие два года подряд выйти в финал крупного международного конкурса по робототехнике и программированию SPHERES-Zero Robotics.

Конкурс, который проводят совместно НАСА и МТИ, предлагает учащимся старших классов посоревноваться в написании программ для SPHERES. Эти программы в перспективе могут стать основой для управления роботами, которые будут изучать отдаленные планеты в поисках жизни. Конкурс состоит из двух этапов, и в финале программы конкурсантов тестируют космонавты МКС, общаясь с их создателями в прямом эфире. Одна из таких программ была написана командой White Hole, в которую вошли ученики 11-го класса гимназии № 1567 Таисия Староверова, Наталья Ситникова, Дмитрий Королев, а также их ментор Всеволод Ландер (выпускник гимназии, также участвовавший в конкурсе в прошлом году).

Болден поздравил финалистов SPHERES-Zero Robotics, вручил им на память свое фото с автографом, а также рассказал о главных темах, над которыми сейчас работают в НАСА. В частности, о программе освоения дальних планет, которую НАСА ведет совместно с космическими агентствами других стран, в том числе с Роскосмосом, и которая должна быть выполнена к 2030 году. «Воплощать ее в жизнь будете именно вы и ваши сверстники», — подчеркнул он, обращаясь к гимназистам. Важным элементов этого проекта будет взаимодействие людей с роботами, и поэтому в НАСА считают таким важным конкурс SPHERES-Zero Robotics и эксперименты, которые проводятся в его рамках на МКС.

Глава НАСА ответил на многочисленные вопросы из зала, подробно объяснил, почему положительно относится к деятельности коммерческих космических компаний — SpaceX и Boeing. По его словам, работа, которую те ведут, например по созданию американского корабля для доставки астронавтов на МКС (сейчас для этого используется российский «Союз») освобождают НАСА время и силы для более сложных проектов, в частности разработки тяжелой транспортной системы для отправки людей на Марс. Он также назвал бесценными опыты в области вертикальной посадки и повторного запуска космических аппаратов, которые проводит компания Blue Origin. Со своей стороны, как сказал Болден, НАСА предоставляет этим компаниям свою инфраструктуру и экспертизу инженеров.

Один из школьников спросил его, возможна ли жизнь на Марсе сейчас. «Теоретически да, — ответил Болден, — но практически для существования людей на этой планете нужно разработать инфраструктуру, которая позволит им не нуждаться ни в воде, ни в еде, ни в других важных вещах». Для этого, по мнению главы НАСА, потребуется еще, как минимум, 15 лет.

Также Болден дал собравшимся три совета, которые помогут им добиться успеха в любой выбранной ими сфере, — усердно учиться, не менее усердно работать и не бояться потерпеть неудачу. «Не бойтесь, если вы маленького роста, как я, если вы женщина, не бойтесь ничего. Сами определяйте, что вы хотите сделать и как этого достичь», — сказал он.

Продажи первых 3D-принтеров HP начнутся в этом году, сообщила Кэти Лесжак, директор по технологиям компании, в ходе выступления на конференции Morgan Stanley Technology, Media and Telecom.

В HP впервые анонсировали 3D-принтеры в 2014 году, а теперь готовятся к масштабному запуску в продажу. В связи с выходом на новый рынок компания приглашает на работу экспертов по материалам, инженеров-машиностроителей, менеджеров и торговых агентов.

HP располагает богатым опытом выпуска печатного оборудования, а теперь осваивает рынок 3D-печати, который за свою более чем двадцатилетнюю историю страдал из-за технических сложностей и проблем, связанных с поддержкой оборудования. В HP хотят предложить бизнесу 3D-печать, которая будет более быстрой и дешевой.

«Потребительская 3D-печать нас не интересует, — подчеркнула Лесжак. — Мы будем заниматься коммерческой».

Какие преимущества 3D-принтер дает предприятию? По словам Лесжак, вместо того чтобы использовать несколько машин для изготовления какого-либо изделия, все его детали можно будет распечатать на одном и том же 3D-принтере.

В компаниях смогут сократить производственные затраты за счет изготовления изделий на собственных мощностях. А благодаря возможности распечатывать детали по мере необходимости не придется складировать избыточные запасы.

В НАСА 3D-принтеры используют в изготовлении ракетных двигателей, а коммерческие компании их применяют в производстве автозапчастей и медицинского оборудования.

Инженеры HP хотят предложить полноценный инструментарий для создания трехмерных объектов, которые можно будет проектировать на специальной компьютерной системе Sprout. Кроме того, в компании хотят обеспечить возможность распечатывать 3D-объекты из виртуальных миров.

Принтер трехмерных объектов HP будет основан на мультиструйной технологии, в которой традиционная система 3D-печати комбинируется с инновационными методами, что позволяет работать с материалами новых типов. В процессе распечатки объект формируется из материала послойно с помощью связующего вещества, которое поступает через сопло печатающей головки. Для отверждения объект нагревается, затем для отделки применяется другой материал. Этот процесс многократно повторяется.

Принтер HP сможет работать со специализированными красками и материалами. В нем будут задействованы методы точного производства, используемые при изготовлении интегральных схем, сообщают в компании.

Технологиями 3D-печати в HP занимается подразделение PageWide, выпускающее типографские печатные машины. В них для ускорения печати используются особые краски; теперь в PageWide займутся разработкой красок и материалов нового типа и для трехмерной печати.

Восторги по поводу 3D-печати достигли своего пика в 2014 году, а потом сошли на нет. Акции компаний вроде MakerBot, ориентирующихся на потребительский рынок, стали падать. Это явилось одной из причин, по которой в HP хотят сосредоточиться исключительно на коммерческих заказчиках, отметила Лесжак.

Компании — пионеры в области 3D-печати, в том числе Stratasys и 3D Systems, были основаны еще в конце 1980-х, но их бизнес начал развиваться лишь в 1990-х, когда технологии достигли зрелости. В 3D-принтерах HP используется технология Binder Jetting (впрыскивание связующего вещества), позволяющая распечатывать полноцветные объекты. Она была введена в коммерческое использование еще в 1990-х компанией Z Corp., которую впоследствии приобрела 3D Systems.

«Черный ящик» в недрах Центра перспективных суперкомпьютерных технологий НАСА в Кремниевой долине внешне не примечателен. По размерам он с садовый сарай — меньше, чем обычный суперкомпьютер. Но главное не внешность, а начинка.

Этот «ящик» — D-Wave 2X, компьютер нового типа, основанный на законах квантовой механики. Теоретически он может за считанные секунды решать задачи, на которые у обычных систем ушли бы годы.

Квантовые компьютеры полагаются не на традиционные принципы, в которых каждый бит — это либо ноль, либо единица на, а на совершенно иные. В квантовой системе каждый бит может быть одновременно и нулем, и единицей. Так что если с помощью трех обычных бит можно закодировать до восьми значений (23), то три квантовых бита, или кубита, могут хранить все восемь одновременно. Это значит, что теоретически вычисления на квантовой системе можно выполнять гораздо быстрее.

Исследования в области квантовых вычислений пока на ранней стадии, и до их коммерческого применения могут пройти десятилетия. Но инженеры НАСА и Google недавно объявили, что компьютер D-Wave при решении задачи оптимизации выдал ответ в 100 млн раз быстрее, чем обычный компьютер с одноядерным процессором.

«То, что машина D-Wave делает за секунду, у обычного компьютера с одноядерным чипом отняло бы десять тысяч лет», — заявил на пресс-конференции Хартмут Нивен, директор по проектированию в Google.

Устроители испытаний уверены, что добились многообещающих результатов, однако есть определенные оговорки, и главная в том, что компьютер специально был спроектирован с расчетом на задачу оптимизации, которая решалась в процессе тестирования.

Задачи оптимизации характеризуются большим количеством исследуемых вариантов. Классический пример — выбор оптимального маршрута для коммивояжера, которому надо посетить несколько городов. С увеличением их количества число возможных маршрутов растет так быстро, что обычный компьютер перестает справляться с решением за разумное время.

Похожие задачи существуют для космических миссий и управления воздушным движением — этим областям в НАСА выделяют значительный объем вычислительных ресурсов. В задаче, которая решалась при испытаниях D-Wave, переменных было около тысячи.

«У нас есть целый ряд задач, которые нельзя оптимально решить на традиционных суперкомпьютерах за разумный период времени ввиду экспоненциальной сложности, а системы на квантовой основе дают такую возможность», — подчеркнул Рупак Бисвас, директор по исследовательским технологиям центра НАСА имени Эймса.

В Google опубликовали научный доклад, подробно описывающий проведенные испытания.

Результаты испытаний имеют большое значение для D-Wave Systems, канадской компании, в которой построили компьютер. Машина, установленная в НАСА, — одна из трех, созданных в D-Wave. Еще одна работает в Лос-Аламосской национальной лаборатории, а третья находится в собственности компании Lockeed Martin и действует в университете Южной Калифорнии.

Когда в НАСА опубликовали результаты самых первых испытаний компьютера D-Wave, разгорелись нешуточные споры относительно того, можно ли считать, что машина опережает по быстродействию обычные компьютеры. Но система первого поколения имела 512 кубитов, а нынешняя — 1097.

Доклад Google пока не прошел экспертную оценку — научному сообществу еще предстоит высказать свое мнение о результатах очередных испытаний.

Слабый сигнал зонда достигал Земли через значительное время, скорость передачи невелика, но сеть радиотелескопов Deep Space Network прекрасно справилась с приемом. Можно сравнить ее с телефонной станцией, обслуживающей звонки дальней связи для рукотворных объектов в Солнечной системе, а теперь и за ее пределами.

DSN состоит из огромных спутниковых антенн, находящихся в трех пунктах: около Барстоу в Калифорнии, под Мадридом и неподалеку от Канберры. Друг от друга эти места отделены примерно 120 градусами долготы — так телескопы охватывают широкий участок неба, и прежде чем космический аппарат потеряет связь с одной из антенн, его успевает найти следующая на другом континенте.

Высокочувствительные параболические антенны DSN работают поодиночке или группами, ежемесячно связываясь примерно с тремя десятками космических зондов, объясняет Джефф Осман, технический руководитель Deep Space Network.

Первые снимки, сделанные New Horizons при прохождении рядом с Плутоном, были получены на 70-метровые антенны около Мадрида и Барстоу. Данные поступали на скорости примерно в 1200 бит в секунду — как по модему для коммутируемых линий в начале 1990-х, а сигнал от New Horizons до Земли идет около четырех с половиной часов.

Поскольку космическому аппарату надо выполнять научные задачи, его антенны не всегда повернуты к Земле. Поэтому снимки, сделанные с ближайшей к поверхности планеты точки, поступали на Землю только спустя сутки с лишним, а видеозаписи с окраины Солнечной системы получить пока что вообще не представляется возможным.

Когда New Horizons подошел к Плутону максимально близко, к зонду были повернуты сразу шесть антенн Deep Space Network. Часть из них выполняли роль резервных на случай проблем с отправкой космическому кораблю управляющих сигналов, которые передаются с Земли на еще меньшей скорости: 500 бит в секунду.

Deep Space Network работает не только с аппаратами НАСА. Высокочувствительную сеть антенн применяют в международных миссиях, в том числе в начатой недавно Европейским и Японским космическими агентствами.

В любое время DSN поддерживает связь с 12-15 аппаратами. Информация о занятости сети отображается в режиме реального времени на сайте DSN Now: там можно увидеть, с какими именно космическими кораблями работают различные антенны, посмотреть скорость передачи данных и используемый частотный диапазон.

Большинство космических кораблей работают в X-диапазоне на 8,4-8,5 ГГц, который во всем мире зарезервирован для связи с дальним космосом. Поскольку приходящие на Землю сигналы очень слабы, космическим агентствам нужны выделенные частоты, чтобы избежать взаимных помех с наземными радиослужбами. Чтобы избавиться от шумов, для будущих поколений космических аппаратов предполагается пользоваться еще более высокими частотами — диапазоном около 32 ГГц.

На DSN Now можно узнать, что сеть телескопов поддерживает связь с зондом Voyager 1, который стартовал с Земли еще в 1977 году и сегодня находится на удалении от нее около 20 млрд км: это самый далекий на сегодня от нас объект, созданный человеком. Его радиосигнал доходит до Земли примерно за 36 часов.

«После отправки сигнала на Voyager мы возвращаемся за ответом только через день», — отметил Осман.

Тем самым сделан первый шаг к воплощению в жизнь идеи о распечатке различных предметов, от запасных частей и инструментов до пищевых продуктов, на борту МКС и в полетах на астероиды и к Марсу.

«Эта распечатка стала первым шагом к созданию машинных цехов вдали от Земли, — заявил Ники Верхейзер, руководитель проекта 3D-принтера для МКС. — Космическая станция это единственная лаборатория, где можно было провести полноценные испытания нашей технологии в космосе».

Принтер был доставлен на МКС в сентябре на борту грузового космического корабля SpaceX Dragon.

После первичной калибровки инженеры с Земли отправили команды принтеру на распечатку первого предмета. На следующий день деталь была готова и изъята из принтера для осмотра.

В НАСА сообщили, что в условиях микрогравитации распечатываемые слои, возможно, связываются друг с другом иначе, чем на Земле, — оказалось, что у изготовленного изделия они держатся прочнее, чем ожидалось. Инженеры подробнее изучат этот вопрос при последующих распечатках.

По завершении изготовления детали принтеру начали передавать команды для дополнительной подстройки.

«Это первый случай использования принтера трехмерных объектов в космосе, но даже этот начальный опыт принес нам ценные сведения, — отметил Веркхейзер. — Распечатывая новые детали, мы сможем выяснить, вызваны ли наблюдаемые нами эффекты микрогравитацией или просто особенностями настройки принтера. Когда распечатанные изделия поступят на Землю, мы сможем провести более подробный анализ на предмет сравнения с объектами, распечатываемыми в условиях земного притяжения».

Большая часть работы по испытаниям принтера проводится с Земли, чтобы астронавтам на борту не приходилось тратить на это слишком много времени, сообщают в НАСА. Инженеры на Земле следят за процессом изготовления по снимкам и видеотрансляциям.

Весной прошлого года главный администратор НАСА Чальз Болден объявил о важности использования аддитивного производства в космосе. Он отметил, что эта технология необходима, чтобы астронавты имели возможность отправляться в полеты с удалением на большие расстояния от Земли и ее систем жизнеобеспечения.

«Инициативы НАСА по дальнейшему освоению космоса, в том числе проекты по изменению маршрута следования астероида и отправки людей на Марс, потребуют новых технологий для уменьшения веса и объема грузов на борту космических аппаратов, — отметил Болден. — В будущем астронавты, возможно, смогут распечатывать инструменты и комплектующие, которые им требуются в космосе».

Принцип действия 3D-принтера — выстраивание объекта слой за слоем. На этот распечатка выполнялась из пластика, но существует и принципиальная возможность использования металлов.

В проектировании, изготовлении и испытаниях космического 3D-принтера совместно с НАСА принимала участие компания Made in Space, базирующаяся в Исследовательском парке имени Эймса на аэродроме Моффетт.

Ракета Antares вывела на орбиту космический грузовик Cygnus. Источник: NASA

После успешного запуска грузовой корабль взял курс на Международную космическую станцию, неся на борту помимо целого ряда небольших спутников 3D-смартфоны Google. Космический грузовик Cygnus, который был создан компанией Orbital Sciences, стартовал с космодрома Уоллопс и доставил на станцию 1360 кг продовольствия и других запасов, а также оборудование для проведения научных экспериментов.

На орбиту Cygnus вывела ракета Orbital Antares. Встреча с МКС состоялась в среду. Стыковка осуществлялась с помощью специальной роботизированной руки, которой оснащена станция.

Помимо продовольствия, оборудования для проведения экспериментов и запчастей Cygnus доставил компоненты для реализации проекта Google Tango. Трехмерная картографическая технология Google будет применяться в перспективных 3D-смартфонах и планшетах.

В августе астронавты намерены интегрировать трехмерную технологию в интеллектуальных роботов Spheres (Synchronized Position Hold, Engage, Reorient Experimental Satellites), испытания которых НАСА проводит в космическом пространстве с 2011 года.

Встреча с МКС состоялась в среду. Стыковка осуществлялась с помощью специальной роботизированной руки, которой оснащена станция. Источник: NASA

В настоящее время роботы Spheres используются только в одном небольшом отсеке станции. После оснащения их датчиками и камерами системы трехмерной навигации Project Tango астронавты смогут перемещать роботов по станции, контролируя их схему передвижения.

После завершения составления схемы роботы Spheres будут маневрировать в пределах всей станции.

Летающих роботов размером с волейбольный мяч НАСА планирует применять для решения самых разных задач. Вмонтированные в них камеры будут использоваться для наблюдения за ситуацией внутри станции. Роботов предполагается также оснастить датчиками, контролирующими качество воздуха и уровень шума, благодаря чему они могут взять на себя функции мониторинга, возложенные сейчас на астронавтов.

На борту Cygnus находятся 28 миниатюрных спутников CubeSat. Пройдя через шлюз японского экспериментального модуля, они будут осуществлять съемку поверхности Земли. Полученные изображения предполагается использовать для обнаружения стихийных бедствий и координации усилий по их ликвидации. С их помощью планируется осуществлять также контроль за состоянием окружающей следы и управление сельскохозяйственными работами.