Сейчас идет прямая трансляция Роскосмоса запуска корабля МС-25 из павильона Космос на ВДНХ, которая продлится минимум до 16-00 в рамках форума Россия.
https://vk.com/video-30315369_456243801
А вот и мой очередной доклад в трудах «Академических чтений, посвященных памяти академика С.П. Королева и других выдающихся отечественных ученых – пионеров освоения космического пространства» — Королевских чтениях 2023.
УДК 629
Денисов Владимир Дмитриевич, denisov-vd@mail.ru
Роль искусственного интеллекта в разработке универсальных моноблочных космических кораблей — спасателей
Доклад
Аннотация
Автор — советский ученый и изобретатель и представляет Вашему вниманию информацию о роли искусственного интеллекта в дальнейшем развитии космонавтики, на примере моделирования возможностей и эффективности универсальных моноблочных космических кораблей — спасателей с комбинированной ядерной двигательной установкой и вариационным оснащением. Рассмотрен процесс машинного моделирования и оптимизации характеристик.
Ключевые слова
Искусственный интеллект, оптимизация характеристик универсального моноблочного космического корабля, машинное проектирование, моделирование космических комплексов с комбинированной ядерной двигательной установкой на электронных вычислительных машинах.
Искусственный интеллект (ИИ) – это отрасль науки, официально увидевшая свет в 1956 году на летнем семинаре в Дартмут-колледже (Хановер, США), который организовали четверо американских ученых: Джон Мак-Карти, Марвин Мински, Натаниэль Рочестер и Клод Шеннон.
Логический подход к созданию систем искусственного интеллекта основан на моделировании рассуждений. Теоретической основой служит логика. Логический подход может быть проиллюстрирован применением для этих целей языка и системы логического программирования Пролог. Python — бесспорный лидер среди языков программирования ИИ. Он широко используется во всех отраслях и его любят за простоту, гибкость и масштабируемость. Прежде всего, Python — язык с открытым исходным кодом. Это означает, что он доступен для любых модификаций, которые разработчики сочтут нужными.
Проще говоря искусственный интеллект это программа для моделирования реальных объектов в реальной среде на их виртуальных моделях — копиях, накопленных человечеством в базах данных. Простейшим вариантом может быть рассмотрена электронная библиотека, типа Википедия, снабженная диалоговой поисковой системой типа «Алиса», которая найдет Вам в базе известный ответ на заданный вопрос.
Искусственный интеллект развивается такими темпами, что он больше не ограничивается решением проблем на нашей планете. Анализ направлений применения технологий искусственного интеллекта в космической технике применительно к космическим приложениям свидетельствует о том, что в первую очередь здесь должны развиваться:
• нейросетевые и другие технологии, обеспечивающие эффективное решение различных задач, связанных с обработкой больших массивов разнородной спутниковой информации, а также отдельных изображений и сигналов, в том числе на борту КА;
• экспертные и другие интеллектуальные системы реального времени, обеспечивающие повышение уровня автономности функционирования КА и других сложных технических объектов различного назначения;
• мультиагентные технологии автономного управления (в режиме самоорганизации) многоспутниковыми орбитальными группировками;
• интеллектуальные системы, обеспечивающие эффективную поддержку модельно-ориентированного проектирования космических систем и их компонентов;
• робототехнические средства, предназначенные для орбитального обслуживания КА и решения других задач…
Среди исследователей искусственного интеллекта до сих пор не существует какой-либо доминирующей точки зрения на критерии интеллектуальности, систематизацию решаемых целей и задач, нет даже строгого определения науки и существуют разные точки зрения на вопрос, что считать интеллектом.
Искусственный интеллект для моделирования УМКА создается много десятков лет многочисленными исследователями и институтами. В настоящем докладе я расскажу о истории создания ИИ в КБ имени В.М. Мясищева.
Основанному Мясищевым В.М. в Филях конструкторскому бюро «Салют», которому присвоено имя В.М. Мясищева исполнилось 70 лет. В 80-х годах прошлого века, в рамках альтернативы системе «Энергия-Буран», в Филях в рамках НИР «Даль 95» и «Барьер» рассматривались проекты суборбитальных самолетов и ракетопланов, в том числе проекта В.М. Мясищева «М-19» по техническому заданию доктора технических наук Гурко О.В. КБ «Салют», модернизировал и защитил проект пятью авторскими свидетельствами на корабль и его составные части и он получил индекс МГ-19 и показал его реализуемость.
Последовательное использование вычислительных средств нескольких поколений применено для получения облика исходного варианта суборбитального самолета МГ-19, дальнейших модернизаций его, наземного комплекса и технологии наземной эксплуатации и подготовки к пуску. Наличие бортовой ядерной энергоустановки мощностью 7 Гигаватт и дороговизна создания комплекса не позволили ему победить в конкурсе МТКС «Энергию-Буран», несмотря на то, что по показателю научно-технического уровня он превышал все известные варианты в мире.
В рамках многолетних научно-исследовательских работ автором проведена оптимизация траектории выведения во многочисленных вариантах баллистических расчетов целевых задач. Коллектив активно переходил от расчетов на логарифмических линейках к расчетам на ЭВМ. Программное обеспечение проекта переросло в создание автором вычислительного стенда для оптимизации траектории выведения и весового моделирования многоразовых транспортно-космических систем. В 70-х годах весовое уравнение УМКА МГ-19 никому не удавалось решить с положительной величиной полезного груза на орбите. В 80-е годы с использованием теории решения изобретательских задач, системных исследований и комплексного системного подхода в проектировании автору удалось решить весовое уравнение УМКА с положительной величиной полезного груза на опорной орбите.
Международная обстановка на планете Земля напряжена до предела и в соответствии с планом Циолковского столетней давности целесообразно отселение части людей для создания страхового генофонда и постоянного его проживания на других планетах.
В современной спекулякратической России не может не настораживать возврат к платному образованию и разбавление умнейшей разумной материи мира, обладавшей огромным, космическим словарным запасом, взрослыми рабами из отсталых стран, не понимающих тех слов, которые мы произносим и пишем. При этом ленивые представители чуждого разума внедрившиеся к нам, не желающие приобщиться к высшей цивилизации, подняться до нашего уровня хотя бы через русский язык, помышляют истребить нас и занять наше место на Земле, не желая развивать свой разум. (Примеры: Монголо-татарское иго, Крестоносцы, фашисты, уничтожавшие ученых и инакомыслящих). Опустив нас на дно, они, наслаждаясь в наркомании, меркантилизме, обжорстве и вещизме, эйфорично дождутся очередной гибели всего живого на Земле.
Постоянное представительство людей на других планетах позволит земной цивилизации называться космической. Космические агентства всего мира и частные исследователи ведут поиск планеты или астероида в качестве «Нойева ковчега», способного приютить часть человечества и разрабатывают средства для межпланетного перемещения людей и их автономного существования без поддержки с Земли. Поэтому дальнейшие научно-исследовательские работы, проведены автором в направлении модернизации суборбитального ядерного самолета, который оказался слишком дорог в задаче доставки грузов на орбиту, в универсальный космический аппарат для экспедиций и жизни на других планетах и на орбитах. Оказалось, что в этой задаче ему нет равных.
В настоящее время искусственный интеллект люди используют во многих задачах: 1. Прогнозировать солнечные бури и защищать от астероидов, 2. Открывать экзопланеты, 3. Делать репортажи с МКС, 4. Помогать аппаратам совершать посадку, 5. Отслеживать радиацию, 6. Быть товарищем, 7. Спасать космонавтов, 8. Осуществлять навигацию транспортных систем, связь…
Президент России в своих посланиях и выступлениях неоднократно утверждал, что тот кто вырвется вперед в разработке искусственного интеллекта, тот и будет владеть миром. Меняя окружающий мир человек приспосабливается и меняется: обучается, обогащая свою память, и меняет свое тело, становясь все прекраснее (функциональнее по отношению к бытию), создает технику себе в помощники в трудоемких делах.
Прогнозируют, что 2045 год – будет годом изобретения полноценного искусственного интеллекта, имитирующего человеческий Потенциальные возможности искусственного интеллекта (ИИ) открывают для государств мира многочисленные перспективы развития, и, конечно же, большинство из них связаны к сожалению в основном с военным применением, что и вызывает опасения Президентов ядерных держав.
Спутники и космические корабли невероятно сложны в разработке, создании и производстве. Процесс их оптимизации при разработке и изготовлении подразумевает множество повторяющихся операций, требующих высокой точности. Только на разработку программного обеспечения при создании орбитальных самолетов типа Х-37В, Х-43 (рис. 1) NASA выделило миллиард долларов.
Рис.1 Орбитальный самолет типа Х-37В
В рамках многолетних научно-исследовательских работ автором проведена разработка математического обеспечения для электронно-вычислительных машин Единой Серии и оптимизация траектории выведения во многочисленных вариантах баллистических расчетов. Программное обеспечение проекта переросло в КБ «Салют» в создание диалогового вычислительного стенда «Джек» для оптимизации траектории выведения и весового моделирования многоразовых транспортно-космических систем. Изобретения автора по компоновке и оптимизации траекторий, позволили решить весовое уравнение с положительной величиной полезного груза на опорной орбите, рис. 2.
Для проведения расчетов перспективных космических систем мною, в то время аспирантом Центрального Конструкторского Бюро Машиностроения, в 80-е годы прошлого века был разработан комплексный метод предварительного проектирования систем, использующих попутные ресурсы, созданы математические модели и моделирующий стенд для ЕС ЭВМ типа «Эльбрус». Программы «Вулкан» для массово-габаритных и технико-экономических и «Беркут» для траекторных и баллистических расчетов были сданы в фонд алгоритмов и программ КБ Салют.
Программа построена из автономных модулей, которые можно использовать в других пакетах программ и включает:
модуль 1. Ввод исходных данных и управление заданием;
модуль 2. Расчет баллистических параметров;
модуль 3. Расчет массовых характеристик;
модуль 4. Расчет геометрических характеристик;
модуль 5. Расчет технико-экономических параметров;
модуль 6. Вывод результатов расчетов.
Программа дополнена вспомогательными модулями линейной и параболической интерполяции табличных функций по одному и нескольким аргументам, модулями определения экстремума для табличной функции и построения графиков с использованием АЦПУ, банком данных о прототипах и другими модулями.
Программа построена на расчленении известных изделий на подсистемы, статистическом анализе подсистем известных отечественных и зарубежных летательных аппаратов по научно-технической информации, трансформации характеристик подсистем к новым условиям применения УМКА и последующем анализе подсистем в УМКА с разрешением неизбежно возникающих противоречий с использованием алгоритмов решения изобретательских задач. Схема исследования упрощенно может быть представлена следующей схемой, рис. 3.
Рис. 3. Схема исследования
Комплексный метод поискового проектирования реализованный в программном комплексе схематично может быть представлен рисунком 4
Рис. 4. Комплексный метод поискового проектирования
В дальнейшем эти программы легли в основу учебно-исследовательского компьютерного стенда для министерства высшего образования и использовалось студентами и аспирантами и сотрудниками КБ «Салют» для учебно-исследовательских работ, на программное средство поучено свидетельство [1].
С использованием разработанного программного обеспечения в последующем цикле работ автором проведено математическое моделирование и рассмотрены проблемные вопросы проекта: компоновки и комплексирования систем комплекса, оптимизация траектории выведения и весовое проектирование, космическая баллистика, радиационная безопасность экспедиции, искусственная гравитация в межпланетном полете, проблемы бесперебойного питания экспедиции в длительном полете без поддержки с Земли, рассмотрены варианты компоновки универсального моноблочного космического корабля и нескольких комплексов, на которые получены авторские свидетельства СССР и патенты РФ, рис. 5.
Рис. 5 Варианты космических ковчегов
В представленном программном комплексе реализован следующий метод математического моделирования, представленный на рисунке 6.
Рис. 6. Метод математического моделирования
Рассматриваемая в настоящем докладе концепция универсального моноблочного космического аппарата создается не на пустом месте, а имеет значительный задел освоенных космическими державами технологий, В процессе разработки программного обеспечения были проведены патентные исследования и анализ научно-технической информации для формирования базы данных используемых в расчетах.
В настоящее время реализуется тенденция объединения авиационной и ракетной техники по следующим этапам, представленным на рисунке 7.
Рис. 7. Этапы объединения авиационной и ракетной техники
Прототипом искусственного интеллекта по управлению бортовым оборудованием УМКА может служить мозг разрабатываемой новой орбитальной станции. Новая российская орбитальная станция будет максимально автономной, самостоятельно настраивая и корректируя свое видение и жизненно важные системы с помощью искусственного интеллекта. Будет снижено количество необходимых выходов человека в открытый космос: такую работу возьмет на себя робот с ИИ.
Прототипом навигационного искусственного интеллекта УМКК для посадки на неподготовленную планету может быть рассмотрена система автоматического картирование с точностью до здания. Нейросеть помогает обрабатывать данные дистанционного зондирования с функциями распознавания объектов. Компания «Геоалерт» разработала сервис Urban mapping, который позволил оцифровать свыше 54 млн. зданий по всей России. Обработка 130 млн. изображений заняла всего месяц. Это сделано благодаря высокопроизводительным вычислительным ресурсам Сколковского института науки и технологий.
Реализованная к настоящему времени программа оптимизации проектных параметров представлена схематично на рисунке 8.
Рис. 8. Блок-схема программы расчета проектных параметров
Применение технологий искусственного интеллекта (ИИ) в космической технике сегодня является одним из важнейших направлений ее развития, поскольку их практическое использование в этой области потенциально позволяет создавать космические системы и комплексы с качественно новыми функциональными возможностями.
Проникновение ИИ в космическую технику находится пока на своей начальной стадии, однако активность этого проникновения с каждым годом возрастает.
В настоящее время существует множество различных методов и технологий, развиваемых в рамках искусственного интеллекта, в частности:
– методы и технологии нейросетевой обработки информации;
– методы нечеткой логики;
– методы и алгоритмы эволюционных вычислений (в том числе генетические алгоритмы);
– методы и технологии работы с онтологиями и базами знаний;
– методы и технологии извлечения новых знаний из больших баз данных и другие когнитивные технологии…
Весьма активно развиваются методы и технологии нейросетевой обработки информации, которые потенциально обеспечивают высокопроизводительную (с применением соответствующих нейровычислителей) и с высоким уровнем качества обработку информации при решении самых различных задач [1-2].
Проектирование является крайне многофакторным процессом, требующим от его участников огромного количества знаний для принятия наиболее эффективных, качественных и при этом, если мы говорим о корабле, учитывающих и эстетическую составляющую, решений. Говоря про автоматизацию проектирования, нужно рассматривать две противоположные категории изделий: одноразовые, расходуемые объекты и объекты с высокой степенью универсальности и многоразовости. Здесь мы имеем дело с творческим процессом, а творчество, как известно, плохо поддается автоматизации. Во втором случае, когда речь идет о типовых проектах, минимизировать человеческий труд намного проще. Общая закономерность заключается в том, что чем более нестандартен проект, тем больше он привязан именно к решениям живого проектировщика, а не к алгоритмам, которые можно заранее прописать для выполнения искусственным интеллектом.
Учитывая опасения оппонентов по поводу полетов над головой атомных энергоустановок мощностью 7-10 ГВт, проект не получал финансирования и автор попытался сам «заработать» средства на финансовом рынке, для чего им был разработан искусственный интеллект для алгоритмической торговли, включающий ряд программных алгоритмов, индикаторов, советников и торговых роботов для размещения на мировом финансовом рынке Форекс, дневной оборот средств на котором ($ 5трлн.) превысил годовой бюджет США. Теоретическая возможность внебюджетного самофинансирования проекта с использованием искусственного интеллекта рассмотрена в 2013 году в одном из первых докладов автора на международных форумах в г. Гагарин «На Марс на одноступенчатом корабле» [2].
Предполагалось, что алгоритмическая торговля с использованием сложных систем, называемых торговыми роботами, советниками, сможет принимать торговые решения со скоростью, превышающей аналитическую реакцию человека, что позволит совершать правильные сделки на рынке. Это используется крупными институциональными инвесторами, которые способны работать без торгового плеча, что обеспечивает большую безопасность для долгосрочных сделок.
Однако, результаты многих исследований свидетельствуют о том, что, хотя искусственный интеллект и может предсказывать тенденции цен на акции или валютные пары, его точность и динамичность недостаточна. Модель инвестирования, основанная на искусственном интеллекте, не может быть использована для долгосрочных инвестиций с использованием кредитного плеча. Точность таких алгоритмов прогнозирования покупки, продажи или владения акциями может привести к потере капитала из-за резких смен политики, смерти предпринимателей и Правителей, и военных конфликтов.
Основываясь на своих результатах, и публикаций исследователей рынка автор пришел к выводу, что разработанный им искусственный интеллект[3] пока не способен предсказывать движение фондового рынка с надежной и достоверной точностью в условиях информационной войны и массового мошенничества трейдерских кампаний, работающих без лицензий в России.
Для самофинансирования в рамках столь масштабного проекта необходим собственный, независимый банк проекта, финансовая инвестиционная кампания с профессиональной командой программистов и службой безопасности.
Для решения изобретательских задач создаваемый искусственный интеллект использует метод, схематично представленный на рисунке 9. алгоритм решения творческих и изобретательских задач.
Рис. 9. Схема алгоритма решения изобретательской задачи
Созданный программно-вычислительный комплекс позволил рассчитать, что современный уровень технологий позволяет реализовать проект универсального моноблочного многоразового космического корабля, способного в одну ступень совершить экспедицию на Марс или Луну, облет Венеры и Марса за один рейс, и на попутном астероиде, периодически сближающемся с Землей, облететь всю солнечную систему.
Разработанные с использованием модельного искусственного интеллекта решения являются изобретениями и защищены следующими патентами РФ:
Список разработанных и запатентованных изобретений
| № | Название изобретения | Дата подачи заявки | № заявки /отдел (входящий) | Выдан патент № |
| 1 | Способ осуществления межпланетной экспедиции и многоразовый экспедиционный космический комплекс | 09.08.2018 | 2018129132/11 (046871) | |
| 2 | Способ разгона на заданную межпланетную орбиту и многоразовый транспортно-энергетический модуль | 17.08.2018 | 2018129983/11 (048535) | 2728180 |
| 3 | Способ спуска ускорителя ракеты космического назначения в посадочную зону и устройство для его осуществления | 01.04.1992 | 5035363/23 | 2043954 |
| 4 | Взлетно-посадочный многоцелевой транспортно-энергетический модуль | 09.10.2018 | 2018135618/11 (058608) | |
| 5 | Многоцелевой трансформируемый гермоотсек | 12.07.2019 | 2019122043/11 | 2736982 |
| 6 | Станция орбитальная заправочная криогенная | 12.08.2019 | 2019125475 | 2729748 |
При формировании моделей сложных технических систем для расчета применена теория решения изобретательских задач. Схемы алгоритмоподобной методики эвристического решения синтеза компоновки и изобретательской задачи представлены на рис. 10 и 11. Эту работу пока не удалось запрограммировать и она проводится в диалоговом режиме.
Таким образом исследование в предложенном вычислительном комплексе представляет собой эвристический процесс, который использует элементы искусственного интеллекта.
Мораторий на испытания ядерной техники на Земле и на орбитах ниже 800 км сдерживает инвестиции в проект автора, хотя известно, что без ядерной энергии человек дальше Луны никуда не улетит. Поэтому автором исследованы бюджетные варианты УМКА с уменьшенной мощностью ядерной энергоустановки в тысячу раз, которые защищены патентами РФ на изобретения [3, 4].
Еще в восьмидесятые и в начале 90-х годов прошлого века с помощью разрабатывавшейся для ЕС ЭВМ диалоговой системы в космическом центре им. М.В.Хруничева были получены решения, опережавшие Илона Маска на 30 лет, однако поражение СССР в третьей гибридной мировой войне США *) не позволило свершиться этим проектам [5, 6, 7].
Рис. 10. Схема алгоритмоподобной методики эвристического решения компоновочной задачи
Эта методика позволяет сформировать поблочный состав нового изделия для последующего оптимизационного расчета его проектных параметров.
Рис. 11. Схема алгоритмоподобной методики эвристического решения изобретательской задачи
Результатом работы по этой методике мы получаем оптимальные проектные параметры нового патентоспособного изделия.
Выводы
1. На современном технологическом уровне возможно создание действующей модели искусственного интеллекта для разработки универсальных моноблочных экспедиционных космических кораблей для облета планет солнечной системы в том числе на попутном астероиде и расселения людей на соседних планетах.
2. Созданный к настоящему времени искусственный интеллект позволяет проводить моделирование многочисленных вариантов ракетно-космической техники от разгонных блоков до орбитальных комплексов и внедрен в Минобрнауки и образования и в головном КБ «Салют» имени М.В.Мясищева ГКНПЦ им. М.В.Хруничева.
3. Имеются теоретические предпосылки для самофинансирования масштабных проектов создания сложных технических систем на основе использования искусственного интеллекта, в виде финансовых роботов.
4. Проведенные тестовые исследования показывают возможность решения задачи осуществления межпланетных экспедиций на моноблочных экспедиционных космических комплексах не только на базе реакторов гигаваттного класса, но и на мегаваттных реакторах.
5. Проведенный сравнительный анализ вариантов космических ковчегов показал эффективность применения моноблоков с комбинированной ядерной энергоустановкой не только в качестве мобильной напланетной базы, но и для поддержания напланетной инфраструктуры.
6. Разработанные с использованием модельного искусственного интеллекта решения являются изобретениями и защищены патентами РФ на изобретения.
Список литературы
1). Денисов В.Д., Пугаченко С.Е. и др. Учебно-исследовательский компьютерный стенд для моделирования ракетно-космических систем (УИКС). Свидетельство на программное средство № 2011616220 от 19 мая 2011.
2). Денисов В.Д. «На Марс на одноступенчатом корабле». Труды общественно научных чтений им. Ю.А. Гагарина, г. Гагарин, 2013.
3). Денисов В.Д. Патент РФ № 2728180 на «Способ разгона на заданную межпланетную орбиту и многоразовый транспортно-энергетический модуль», заявка № 2018129983 от 17.08.2018.
4). Денисов В.Д. Патент РФ № 2729748 на «Станция орбитальная заправочная криогенная», заявка № 2019125475 от 12.08.2019
5) Денисов В.Д. Патент РФ № 2736982 на Многоцелевой трансформируемый гермоотсек, заявка №2019122043/11 (043129) от 12.07.2019
6) Денисов В.Д. и др. Патент РФ № 2 043 954 C1 на «Способ спуска ускорителя ракеты космического назначения в посадочную зону и устройство для его осуществления», заявка № 5035363/23, 01.04.1992
7) Денисов В.Д., Карманов А.И., Кузьмин А.Р. Митрикас В.Г. Патент РФ № 2787250 на «Орбитальный корабль-спасатель». Заявка на патент № 2022111510 от 27.04.2022 г.
Примечание:
*) Мнение автора может не совпадать с мнением редакции
https://i.mycdn.me/i?r=BDGvRlXWcXJosdiHOqVV3e-HqS_wQDyl7q3F3MJWJvVN_O87_REmRAFXZKGjRe-HSZY&dpr=2
