Robótica e missões espaciais; Por que a presença física de pessoas na espaçonave ainda é necessária?
A robótica agora está bem desenvolvida. Muitas linguagens de programação permitem que você trabalhe em tempo real. Além disso, uma nova era de missões e pesquisas espaciais está em pleno andamento.
Então aqui está a pergunta: por que a presença física de pessoas na espaçonave ainda é necessária?
Respostas
Entre eles, o Spirit e o Opportunity passaram o equivalente a 22 anos realizando trabalho de campo de geologia em Marte. Naquela época, eles conseguiram uma produção científica comparável ao que um único aluno de graduação em geologia poderia fazer em duas semanas.
Entre eles, Luna 16, Luna 20, Luna 24 e Chang'e 5 devolveram cerca de 2,3 kg de material de quatro locais de amostragem. Neil Armstrong, em 20 minutos de trabalho, coletou mais de 20 kg de amostras em diversos locais.
Ter um humano no local acelera muito o processo de tomada de decisão e permite que muito mais trabalho seja feito.
Uma das razões mais importantes é que os robôs não são ótimos parceiros de entrevista.
Uma parte significativa das missões espaciais é alcançar e inspirar pessoas. Outra parte importante é dar às pessoas uma visão diferente do nosso planeta. Os astronautas descrevem repetidamente a sensação incrível de poder ver o quão pequeno e frágil nosso planeta é, e a sensação de ver as fronteiras e diferenças desaparecerem. Você só pode obter relatos em primeira mão como esse de humanos, não de robôs.
Outra parte importante é: porque podemos. Os humanos são exploradores naturalmente curiosos, aventureiros e nativos.
Há também o componente político, para provar que podemos e "eles" não podem. (Insira vários valores para "nós" e "eles" ao seu gosto.)
Especialmente para missões mais distantes, onde a latência começa a se tornar um problema, outra característica importante é que os humanos podem improvisar, ser criativos, fazer julgamentos e tomar decisões espontâneas em circunstâncias imprevistas.
Por último, o corpo humano é uma máquina versátil de engenharia insanamente. Existem muitos robôs que podem fazer uma coisa especializada ou um pequeno número de coisas especializadas muito estreitas melhor do que um humano. Mas não há robô que possa fazer tudo que um humano pode fazer, mesmo remotamente, tão bem.
Por que a presença física de pessoas na espaçonave ainda é necessária?
Porque a robótica e a IA não foram desenvolvidas para substituir totalmente os humanos (que são muito versáteis ).
Dito isso, há muitas sondas espaciais robóticas e pousadores, mas não muitas pessoas no espaço.
Necessidade
Por que algo é "necessário"? Quem pode definir isso? O imperativo biológico, se você quiser, é sobreviver, reproduzir e explorar todos os nichos. Olhe por todo o planeta e verá que os sistemas vivos fizeram exatamente isso, em um grau muito além da engenharia humana. Se o espaço é um novo nicho para humanos, especialmente outros planetas, então por que os humanos não deveriam povoar e explorar esse ambiente? Desse ponto de vista, você poderia dizer que ele é tão necessário quanto os extremófilos que vivem em fontes termais submarinas ou dentro de rochas centenas de metros abaixo da superfície, a uma taxa metabólica tão baixa que pode levar milhares de anos para que se reproduzam apenas algumas vezes. Ninguém escreveu uma lista TODO que exige que a vida preencha esses nichos, e ainda assim, aqui estamos ...
Redundância
Temos como certo que o planeta Terra estará disponível como nosso lar enquanto nos preocupamos em pensar sobre a perspectiva. No entanto, a maneira como estamos vivendo agora deixa claro que essa é uma presunção excessivamente otimista. Tornar o espaço habitável parece uma maneira muito inteligente de evitar qualquer aposta sobre nosso futuro como espécie.
Além disso, se descobrirmos que não estamos sozinhos na galáxia e uma raça alienígena hostil visitar nosso planeta, as chances são de que não seremos capazes de nos defender. Nesse ponto, nossa única esperança será que um número suficiente de nós escape para as estrelas para reconstruir em outro lugar, ou procurar ajuda.
AI
Suponha que desenvolvamos uma IA superinteligente que decida por si mesma se expandir além da Terra e para as estrelas. Certamente tal ser construirá robôs e fará as coisas de maneira inteligente, certo? Possivelmente. Mas por que esse ser ainda não existe, quando temos petaflops de poder de computação à nossa disposição? Uma razão é que, embora nossa tecnologia robótica (e de computação) seja incrivelmente avançada, nossa tecnologia biológica é ainda mais avançada. Essas máquinas petascale operam com orçamentos elétricos medidos em megawatts. E eles oferecem aproximadamente a mesma escala de poder de computação bruto que seu pequeno cérebro de 3 libras, que bebe apenas 20 W de energia. Na próxima vez que alguém te chamar de "lâmpada fraca", você deve dizer: "Tenho certeza! Mas veja tudo o que essa lâmpada fraca pode fazer!"
Quando Curiosity, Spirit ou Opportunity sofrem um mau funcionamento ou falha, os cientistas apenas tentam se contentar com quaisquer sistemas que ainda funcionem. O nome do jogo é tanta redundância quanto podemos pagar e expectativas limitadas para a vida útil de serviço. A duração oficial da missão para Curiosity foi de 2 anos terrestres. Se os humanos pudessem oferecer apenas 2 anos de vida útil no trabalho, consideraríamos isso um fracasso total.
Se uma IA superinteligente deseja viajar pelas estrelas, por que não usaria a melhor tecnologia disponível? Essa tecnologia não é oferecida pela Boston Dynamics, por mais impressionante que suas ofertas tenham se tornado. As únicas máquinas de exploração de nanotecnologia verdadeiramente adaptáveis, autocuráveis, energeticamente eficientes e de alta relação resistência / peso que temos disponíveis hoje são os humanos. Essa super-IA reconhecerá imediatamente que a vida baseada no DNA é o auge da nanotecnologia e da eficiência energética, e desenvolverá seus esforços em torno dessa tecnologia. Os humanos podem ser apenas o ponto de partida para o que tal IA enviaria para as estrelas, mas acho que é um ponto de partida infinitamente mais provável do que meros robôs.
Por que a presença física de pessoas na espaçonave ainda é necessária?
A presença física de pessoas na maioria das espaçonaves não é necessária, nem mesmo aquelas classificadas para transportar passageiros. Ter humanos fazendo a exploração pessoalmente é mais aspiracional do que real; a maior parte da exploração espacial foi feita remotamente, usando sondas de complexidade e autonomia variadas. A maioria dos objetivos não teria sido possível alcançar com sucesso se os astronautas tivessem sido incluídos.
Nunca foi realmente uma questão de escolha; há um enorme entusiasmo e compromisso em usar astronautas nas agências espaciais, bem como na comunidade em geral. Mais do que isso, pode ser um objetivo explícito da Agência / Empresa. No entanto, deixar de fora os astronautas simplifica muito qualquer missão e aumenta a carga útil disponível dedicada aos instrumentos - e também permite que as sondas sejam usadas para destruição; a capacidade de retorno permanece opcional. Fazer isso sem que as pessoas tenham que aparecer estende o alcance de nossa exploração espacial.
Sondas e robôs permanecerão o esteio da exploração espacial - Landers, com e sem capacidade de retorno de amostra para Lua, Marte e (espécie de landers) para asteróides, mapeadores orbitais, flyby's. As missões que incluem a presença física de pessoas serão missões que exigem essa presença.
Mesmo se robôs ainda fossem usados para a maior parte do trabalho de campo (o que eu acho provável mesmo com uma presença humana porque os trajes espaciais, e os humanos dentro deles, são frágeis e caros), ter um humano em um habitat próximo seria uma grande vantagem para pesquisa científica. Devido aos atrasos na comunicação e muitas vezes à falta de uma conexão de rádio estável, a teleoperação quase em tempo real é difícil na Lua e impossível em Marte. Os controladores geralmente precisam enviar comandos e esperar por uma resposta, às vezes por um longo tempo, e isso limita a produtividade dos rovers e a capacidade de voltar rapidamente um pouco e inspecionar aquela rocha interessante pela qual acabaram de passar. Os materiais também podem ser enviados de volta ao habitat para análises posteriores, o que significa que os rovers podem ser mais baratos e mais leves ao remover muitos dos instrumentos de laboratório de bordo. Um rover danificado também pode mancar de volta à base para reparos, estendendo ainda mais sua vida produtiva e reduzindo a necessidade de superengenharia cara e redundância.
O futuro não será humano fazendo todo o trabalho de campo que está sendo feito atualmente por robôs, mas uma presença humana permitindo que os robôs sejam muito mais produtivos, confiáveis e flexíveis.
Velocidade da luz
Para Marte, em seu ponto mais próximo, leva 3m 22s para obter um sinal em um sentido. Precisaríamos de mais 3m 22s para ver o que aconteceu. No máximo, estamos olhando para 24m em cada sentido. Portanto, um bom controle remoto é basicamente impossível.
Ainda não temos uma boa IA, então temos apenas três opções de naves que enviaremos para o espaço. Eles podem ser muito burros e apenas enviar dados de volta (por exemplo, Voyager); ou podem realizar uma única operação bem planejada de alto risco (por exemplo, Hayabusa); ou podem ser enviados uma série de operações muito pequenas, aguardando a viagem de ida e volta para obter o comando lá e ver os resultados antes de passar para a próxima operação (rovers de Marte). No último caso, eles podem passar apenas alguns minutos por dia realmente fazendo alguma coisa, e o resto do tempo é gasto esperando que os sinais de rádio voltem e avancem.
Se você tiver um humano no local, tudo isso será evitado. Mesmo se o humano permanecesse em órbita, eles ainda poderiam realizar ordens de magnitude a mais de trabalho com o mesmo rover.
Há uma grande vantagem em ser capaz de tomar decisões complexas, talvez até mesmo morais, a bordo da espaçonave sem qualquer atraso devido à velocidade da luz. Para fins de argumentação, imagine um emissário robótico encontrando vida na lua Joviana próxima, Europa, que imediatamente oferece algum tipo de teste moral complexo para determinar se eles irão interagir conosco (ou nosso emissário) e requer uma resposta em minutos. No momento, só seríamos capazes de lidar com tal situação com alguma esperança de sucesso enviando humanos para a Europa, já que o tempo de ida e volta para comunicações de rádio é de 1,5 horas. Embora não esteja dizendo que há vida complexa em Europa, pode haver situações igualmente complicadas que surgem longe de casa.
Apart from everything else that's been mentioned: many times, one of the questions that the mission is trying to answer is "how well can humans do X in space" for some value of X. It should be reasonably obvious that you need some humans in space in order to answer such questions. NASA's website currently lists some 249 such experiments (plus 40 "title not found" ones), from "BP Reg (A Simple In-flight Method to Test the Risk of Fainting on Return to Earth After Long-Duration Spaceflights)" to "Wearable Monitoring (Wearable System for Sleep Monitoring in Microgravity)". None of these experiments could be done by any means other than putting humans in space.
While robotics has made huge strides, robots have not even approached surpassing many of the basic general-purpose abilities of humans equipped with suitable tools, and the potential for robots to actually do that does not belong to the field of mechatronic engineering or controls theory , but to the wild dreams and nightmares of "futurists".
(It is worth noting that, even as fairly "general purpose" robots have been invented, I do not believe that any "general purpose" robot has ever been launched on an uncrewed space mission).
(This is also the reason why, even though modern warfare is heavily dominated by armor, artillery, aircraft, and guided missiles, infantry are still very important and no modern military has seriously proposed an exclusively robotic force.)
Humans have a great deal of sensory ability (with heavy redundancy, so as to be able to maintain significant sensory ability even when impaired) and locomotion ability (once again, with heavy redundancy, such that a human with a disabling injury can still often be pretty effective in ways that robots rarely are). While the size and weight of a habitation module capable of supporting a crew for months are formidable, the ability to repair damaged equipment, maintain things that would otherwise need to be designed for ultra-reliability at high cost, set up and operate non-automated equipment which may even be commercial-grade, etc is simply not matched by robotics -- we don't have the ability to build robots that can do that for any size, weight, or cost.
A man, an EVA suit, and 50kg worth of tools are simply not something that robotics is anywhere near rivaling. This is then massively compounded by the intelligence / teleoperation issue mentioned by other answers.