Научная фантастика в ЕКА

Литературные покорители космоса

 Полеты в космос оказались нужны людям не столько для познания, сколько для ответа на извечные вопросы: «Откуда мы пришли, куда направляемся и одиноки ли мы во Вселенной?». Исследование и освоение пространства — основной инстинкт живых существ–первопроходцев. Поиск новых мест для жизни. Врождённая потребность исследования новых мест. На протяжении всей истории миграция людей отражала глубокую потребность исследовать мир в поисках новых ресурсов и освоении новых территорий. Приспосабливаясь к различным условиям обитания, люди испытывали острую потребность открывать что-то новое, рискуя жизнью в бескрайних и неизведанных океанах и в неизведанной дикой природе. Где бы мы оказались сегодня без великих исследователей прошлого?

  Научная фантастика позволяет понять, почему людей всегда завораживали просторы космоса. Ведь произведение фантастики как зеркало отражает идеалы, страхи и озабоченности людей. Рассказы о покорителях космоса высвечивают образ жизни и поведения людей, проявляют негативные стороны общества.

 Писатели-фантасты предсказывали появление спутников, космические полеты, высадку на Луну задолго до того, как это стало возможным. Ранние авторы научной фантастики описывали космические концепции и космические аппараты, основываясь на ограниченных научных и технических знаниях, доступных в то время. Хотя ранние работы, как правило, содержали неточности, многие из предсказаний сбылись, превратились в технологии и технику.

 Ещё до взлёта первого аэроплана, до запуска первой космической ракеты литераторы уже путешествовали в пространстве:

• В 160 году Лукиа́н из Самоса́ты в «Правдивой истории» описывают путешествия в космос, на Луну и на Солнце. Рассказывает о колонизации Венеры, об инопланетных формах жизни, о межпланетных войнах.

• В японском сказании (моногатари) X века «О резчике бамбука» описана война на Луне. Старик вырастил девочку, которая оказалась лунной принцессой Кагуя.

• В 1610-м году в Европе изобрели телескоп, и астрономы смогли «путешествовать» в космосе. Они записывали новые впечатления и новые образы. Всего через пять лет (sic!) в 1615-м году астроном Иоганн Кеплер опубликовал научно-фантастический роман «Сомний», в котором рассказал о путешествии на Луну. Дж. Кеплер предположил, что наблюдатель на Луне увидит такое же движение планет, точно так же, как и наблюдатель на Земле может увидеть движение Луны, как описано в теории Коперника. В этом же романе он констатировал, что земная атмосфера ограничена и не простирается в бесконечность Вселенной.

• В 1638-м году Фрэнсис Годвин опубликовал «Человека на Луне».

• В 1657-м году Эркю́ль Савинье́н Сирано́ де Бержера́к написал «Иной свет, или государства и империи Луны». Бержерак высказал идеи о том что Вселенная бесконечна, что Земля вращается вокруг Солнца, а Луна —  вокруг Земли.

• 1686 год. Берна́р Ле Бовье́ де Фонтене́ль «Беседы о множественности миров». Главный герой и героиня гуляют по ночному саду. Он объясняет ей гелиоцентрическую систему мира, важнейшие сведения о Земле, Луне, планетах, неподвижных звёздах как о солнцах в центре собственных планетных систем, а также размышляет о возможности внеземной жизни.

• 1765 год. Мари-Анна де Румье-Робер «Путешествия лорда Ситона к семи планетам».

• Жюлю Верну в книге «От Земли до Луны» 1865-го года пришла в голову идея отправить на Луну снаряд с людьми внутри. Он придумал космический корабль, выходящий на орбиту. В этом произведении создана первая колония в космосе.

 Научная фантастика в литературе превратилась в неотъемлемую часть освоения космоса, заложила фундамент будущей космической деятельности. Некоторые широко известные примеры показывают неразрывную связь между литературой и техническим воплощением:

• 1865-й год: пусковые установки для сверхскоростных снарядов;

• 1869-й год: ретро ракеты;

• В 1895-м году К.Э. Циолковский высказал идею космического лифта. В 1960-х годах идею развил советский инженер Ю.Н. Арцутанов. В начале XXI века в этом направлении есть существенные достижения.

• В 1923-м году К.Э. Циолковский описал идею непосредственного использования солнечной энергии. В 2020-м году национальное космическое агентство Китая запустило в космос первые действующие прототипы спутников солнечной энергетики.

• В 1928-м году в повести «Сталкивающиеся солнца» из цикла о «Межзвёздном патруле» Гамильтон описал голографию. В произведении он назвал её «телестерео». Развитие оптической голографии стало возможно после изобретения лазера в 1960 году.

• 1928-й год: планетарные посадочные устройства;

• 1929-й год: стабилизаторы аэродинамической устойчивости ракет;

• 1929-й год: кластерные ракетные ускорители;

• 1929-й год: скафандры и системы жизнеобеспечения в космосе;

• 1945-й год: орбитальная космическая станция;

• 1945-й год: спутники на геостационарной орбите для организации связи;

• 1920-й, 1951-й, 1963-й годы: солнечные паруса;

• 1954-й год: несколько топливных резервуаров ракеты;

• 1954-й год: модули экипажа для входа спускаемого аппарата в атмосферу.

• В 1970-х годах один из инженеров американского национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) проанализировал описание космического корабля, приведённого очевидцем явления в книге Пророка Иезекиля. Анализ показал, что подобный сферический космический корабль вполне возможен. Ограничениями служат лишь материалы и технологии, имеющиеся в распоряжении космической отрасли 1970-х годов.

• В начале XXI века специалисты NASA всерьёз занялись исследованием двигателей, работающих на сверхсветовых скоростях. Эта идея хорошо представлена в научно-фантастическом телевизионном сериале «Звёздный путь: Энтерпрайз» (англ. Star Trek: Enterprise). В 1960-х идея сверхсветовых скоростей казалась невероятной. Однако в настоящее время модели искривления пространства кажутся уже не настолько нелепыми.

 Приведённые примеры демонстрируют, как за последние сто лет литераторы помогли специалистам космонавтики визуализировать идеи, сформировать планы и проекты, придать форму космической технике. Мечты стали явью, чудеса превратились в повседневность. При этом, фантастические идеи не поддаются немедленной проверке. Трудно точно определить возможность внедрения. Обычно на разработку и внедрение космической техники уходит много времени. Тем не менее научную фантастику полезно использовать для стимулирования воображения, формулирования идей, концепций, сценариев использования техники. Чем и занимаются эксперты Европейского космического агентства.

Научная фантастика в ЕКА

 Европейское космическое агентство (ЕКА)  (European Space Agency, ESA) понимает, что научно-фантастическая литература содержит инновационные технологические идеи, которые играют важную роль в науке и технике, даже если они не поддаются немедленной реализации. По мнению ЕКА полезность научной фантастики для развития аэрокосмической отрасли заключается в следующем:

• Научная фантастика имеет философскую направленность. Это способ порассуждать о том, как могли бы жить люди, чего они хотят и не хотят. Фантастика задаёт дискурс, в котором происходит диалог между представителями искусства, науки, промышленности и широкой общественностью.

• Научная фантастика имеет политическую и социальную значимость. Произведения вдохновляют представителей всех социальных и культурных слоёв. Увлечение научной фантастикой выходит за рамки религий и государственных границ. Это придает легитимность космическим программам и является веской причиной для проведения космических миссий.

• Научная фантастика отражает современный технологический климат. Успех реализации зависит от того, насколько концепция понятна обществу в текущий период. Коллективное воображение превращает концепцию в технику.

 В ЕКА нет постоянно действующей программы, связанной с концептуализацией научной фантастики. Однако агентство периодически проводит различные мероприятия, прямо связанные с научной фантастикой. Давайте рассмотрим некоторые из этих мероприятий:

• исследование «Инновационные технологии научной фантастики»;

• международный конкурс научной фантастики;

• проект «Научно-фантастическая реальность в космосе».

Исследование «Инновационные технологии научной фантастики»

 В период с 2001-го по 2002-й годов ЕКА проводило исследование «Инновационные технологии научной фантастики». Цель данного исследования заключалась в выявлении и оценке инновационных концепций современной научной фантастики, которые возможно доработать до уровня технологий, применимых в космической отрасли. 

 Исследование предполагало поиск оригинальных идей потенциально пригодных для:

• долгосрочного развития европейской космической отрасли;

• прогнозирования развития космической техники в будущем и влияние этой техники на европейское общество.

Организация исследования

 Организацией исследования занимались высококвалифицированные и опытные учёные и инженеры, работающие не только в ЕКА, но и в европейских университетах, а также в аэрокосмических компаниях.

 Менеджеры проекта применили следующие организационные решения:

• Для сбора первоначальных идей создан веб-сайт в форме вики. Сайт содержал:

  • цели проекта;

  • список контактных лиц;

  • подборку ссылок на произведения научной фантастики;

  • необходимые справочные сведения.

• Для оформления идеи создали специализированную форму с вопросником. Форма помогала исследователю полнее отразить найденную идею.

• Для обсуждения идей создан форум. Участники обсуждали правдоподобность, осуществимость, практичность предлагаемых идей.

 Это позволило различным группам исследователей, а также специалистам космической отрасли взаимодействовать между собой. 

 В проекте зарегистрировались более двухсот участников: учёные, инженеры, писатели-фантастики, независимые исследователи. 

Методология исследования

 Организаторы с самого начала понимали, что подход к исследованию довольно поверхностный и предварительный. Огромное количество произведений научной фантастики не позволяло охватить всю литературу. Обзор проводили лишь по англоязычной научно-фантастической литературе и только за период XX века, отсекая огромный пласт неанглоязычной литературы более чем за двухтысячелетнюю историю фантастики. Кроме того существовали временные и финансовые ограничения проекта.

 Участникам проекта «Инновационные технологии научной фантастики» предложили:

1. Проанализировать произведения фантастики за столетний период.

2. Выявить описанные инновационные концепции.

3. Оценить практичность выявленных концепций.

4. Оценить потенциал каждой из идей. Составить рейтинг, отражающий приоритеты дальнейших изысканий.

 Организаторы не навязывали свой список литературы. Исследователи по своему усмотрению выбирали и анализировали произведения научной фантастики.  

 Проведённый анализ произведений научной фантастики позволил выявить множество концепций. Далее проводилась оценка того, может ли какая-либо из этих концепций обладать потенциалом технико-экономического обоснования. Аналитиков интересовал вопрос: возможно ли в рамках современных знаний, методов, технологий, материалов реализовать научно-фантастическую концепцию?

 Выявленные концепции классифицировали следующим образом:

• известные концепции прошлого:

  • невозможное применение в прошлом, ближайшем и среднесрочном будущем;

  • неэффективные — известные, апробированные в прошлом и настоящем;

  • невозможные в прошлом, но вероятно возможные в настоящем или ближайшем будущем;

• новейшие (ранее неизвестные) концепции современности:

  • невозможное применение в ближайшем и среднесрочном будущем;

  • требующие проверки на эффективность;

  • вероятно возможные в настоящем или ближайшем будущем.

 Невозможные для реализации концепции отбросили. То, что осталось, передали исследовательским центрам аэрокосмической отрасли, с которыми заключили отдельные контракты. В помощь экспертам представили библиографию произведений научной фантастики, содержащих выявленные идеи. Субподрядчики провели собственный анализ предложений и представили ЕКА экспертные заключения.

Результат исследования

 В конечном результате осталось 250 концепций. Их классифицировали, построили таксономию и выявили многообещающие направления в следующих областях космической деятельности:

• двигатели: солнечный парус, ионные, термоядерные, варп-двигатели, двигатели на гранулах, средства личного космического передвижения;

• колонизация космоса: терраформирование;

• космическая энергетика;

• компьютеризация космоса: мобильные компьютеры, устройства виртуальной и расширенной реальности;

• космическая связь: мгновенная связь, орбитальные башни;

• роботизация космоса;

• киборги: аугментация защитных способностей астронавтов;

• системы запуска техники в космическое пространство: космический лифт, орбитальные петли;

• добыча ресурсов в космосе;

• новые материалы для создания космической техники.

 Концепции с положительной экспертной оценкой вошли в «Каталог европейских космических технологий» (European Space Technologies Catalogue), а также в «Досье 0» (Dossier 0).

Международный конкурс научной фантастики

 В 2005 году Управление по передаче и продвижению технологий (Technology Transfer and Promotion Office) ЕКА объявило международный конкурс научной фантастики.

 Цели литературного конкурса:

• привлечь к написанию произведений научной фантастики молодых, непрофессиональных авторов;

• показать в произведении нечто новое в космических миссиях.

Организаторы конкурса и жюри

 Проведение конкурса одобрили известные фантасты Артур Кларк и Рей Брэдбери. Они же согласились возглавить жюри этого литературного мероприятия. Обращаясь к участникам конкурса писатель Артур Кларк отметил: 

«Любая достаточно продвинутая технология неотличима от магии. И единственный способ обнаружить границы возможного — это отважиться переступить их и оказаться в невозможном».

 В состав международного жюри входили специалисты Европейского космического агентства (ЕКА).

 Жюри оценивало присланные работы по следующим критериям:

• технология — убедительное применение технологии в космических миссиях;

• воображение — новаторские идеи и способность автора нестандартно мыслить.

 Жюри не приняло к рассмотрению произведения:

• единственной темой которых оказалось только представление технологии, вне отношений с обществом;

• с явными научными или техническими ошибками, с несоответствием граничных условий;

• с описанием антиутопий и апокалипсисов, которые приводили к миграции с перенаселённой и непригодной для жизни Земли.

Результат конкурса

 На конкурс поступило 120 работ из 36 стран. Наибольшее количество работ поступило из США. Тематика присланных эссе затрагивала:

• звёздные войны;

• космические путешествия;

• колонизация и терраформирование планет;

• космические двигатели, гипердвигатели, техника вывода на околоземную орбиту, космические лифты, солнечные паруса;

• медицинские аспекты длительного пребывания в космосе;

• материалы, нанотехнологии;

• коммуникация в космосе;

• взаимоотношения людей в длительных космических миссиях.

 По завершении конкурса ЕКА опубликовала сборник научной фантастики, в который вошли все отмеченные жюри произведения.

Программа «Научная фантастика и расширенная реальность космоса»

Дополнительные сведения

 Для того чтобы читатель точнее понял о чём идёт речь в проектах Европейского космического агентства (ЕКА), приведу пару определений, связанных с восприятием человеком окружающей среды.

 Расширенная реальность (англ. extended reality) — обобщающий термин для обозначения дополненной реальности (augmented reality), смешанной реальности (mixed reality) и виртуальной реальности (virtual reality). Технология предназначена для повышения уровня восприятия окружающей среды пользователем. Объединяет визуальные данные реальности с цифровой моделью. Предоставляет пользователю возможность погружения в расширенную и виртуальную среды и приобретение индивидуального опыта.

 Иммерсивность (от англ. immersive — «присутствие, погружение») — способ восприятия, погружающий пользователя в искусственную среду.

Отбор идей научной фантастики

 В 2022–2024 годах ЕКА провело семь мероприятий по отбору идей научной фантастики, применимых в космонавтике. Например, в 2022-м году ЕКА провело конкурс «Новые идеи реализации расширенной реальности» (New ideas to make XR a reality). Тематика расширенной реальности выбрана в целях создания динамичной космической экосистемы, которая обеспечит цифровую трансформацию космической деятельности ЕС. Цифровизация космических процессов позволит повысить качество, поспособствует экономичности, безопасности, действенности и экологической безопасности. 

 По итогам конкурса эксперты ЕКА оценили и отобрало 36 идей, связанных с человеко-машинным интерфейсом. По этим идеям:

• сформулированы темы проектов инженерного проектирования;

• обеспечено финансирование;

• определены исполнители из числа научных организаций, университетов и промышленных групп из Германии, Франции, Швейцарии, Финляндии.

 При формировании программы инженерного проектирования проекты, основанные на идеях научной фантастики, разделили по следующим ключевым направлениям:

• подготовка астронавтов;

• управление космическими полётами;

• виртуальный Марс;

• техническое обслуживание космической техники;

• телеприсутствие;

• дистанционное управление световым полем;

• аудиовизуальная связь в открытом космосе.

 На современном уровне развития космической техники ЕКА рассматривает технологии расширенной реальности не как самостоятельные, а как вспомогательные, которые обогащают существующий космический инструментарий. Но при этом технологии расширенной реальности следует включить в единый цикл проектирования, производства и эксплуатации космической техники.

 Все отобранные проекты направлены на развитие способностей астронавтов работать в космосе за счёт реалистичных тренировок организма.

Подводная подготовка астронавтов

Центр управления полётами

• взаимодействовать напрямую с помощью переписки, видео- и аудиосвязи;

• создавать общие доски заданий, заметок, документации;

• создавать общие каталоги для фотоснимков и видео фрагментов полёта.

 Виртуальный центр управления полётами допускает удалённое присутствие. У каждого эксперта на дисплее свой набор окон и свой набор данных. Приложение позволяет пользователю осуществлять трёхмерное моделирование космических аппаратов и планет: положение, траекторию движения, сектор обзора. Приложение содержит приборные доски управления удалёнными марсоходами, луноходами и т.п. техникой.

 Интерфейс приложения поддерживает:

• движение головы для смены обзора;

• распознавание жестов;

• клавиши управления;

• голосовые команды.

Виртуальный Марс

Обслуживание космической техники

Телеприсутствие

 Проект «Цифровые двойники астронавтов в расширенной реальности» (Digital Twins of Humans for Space Operations with XR telepresence) развивает идею телеприсутствия при удалённой работе в космосе. Цель проекта — разработка иммерсивных средств восприятия дополненной и виртуальной реальности. Технологию связи и мониторинга применяют:

• при проектировании, сборке, интеграции, тестировании, верификации космических аппаратов;

• в управлении полётами

 Аватар — цифровой образ человека в киберпространстве — создают на основании сбора данных о теле человека. Затем происходит трёхмерная оценка позы человека.

Дистанционное управление световым полем

 Проект «Усовершенствованная иммерсивная система дистанционного управления световым полем космической станции и наземного контроля» (Lightfield-enhanced immersive teleoperation system for space station and ground control) направлен на принятие решений и обеспечение точного управления космической техникой.

 Интенсивная обработка данных и перенос результатов этой обработки в среду управления, обеспечивает более точный обзор наблюдаемой области.

 ​Световое поле — это цифровое представление световых лучей, проходящих через определенный объем пространства. Компьютерная техника осуществляет вычисление лучей по изображениям, полученным камерами с роботизированным управлением. Имея достаточный объём данных об изображении, можно вычислить новые перспективы обзора для каждой точки наблюдаемого пространства. Данные светового поля поступают в среду расширенной реальности. Пользователю доступен обзор на 180° и 360° с корректным параллаксом, отражений и теней.

 Пример применения. Оператор космической станции включает режим записи изображений и сбора данных в интересующем пространстве. Для сбора данных оператор использует доступные датчики и камеры космических устройств. На основе собранных данных среда расширенной реальности образует световое поле, которое можно отправить в центр управления полётом. В центре управления анализируют данные светового поля и вырабатывают инструкции астронавтам космической станции. Операторы космической станции задействуют роботизированные космические устройства для выполнения необходимых действий.

Аудиовизуальная связь в открытом космосе

 Проект «Аудиовизуальная связь для управления действиями в открытом космосе» (Audiovisual Feedback to Augmented Manual Activities During Space Walks) предусматривает наполнение виртуальными звуками тишины космоса.

 Тишина очень мешает деятельности астронавтов в открытом космосе. Проект предусматривает создание искусственных звуков в наушниках астронавта. Например, удары по металлу, свист сверла, гудение двигателя и т.п. Звуки подтверждают результат действия и способствуют естественному и точному выполнению задания.

Заключение

 Как видите, в Европейском космическом агентстве не только внимательно читают научную фантастику, но и генерируют идеи исследовательских проектов для космических миссий. При этом организация выявления и реализации инновационных идей в ЕКА (ЕС) отличается от подобной деятельности в NASA (США).