Научно-аналитическое исследование эффективности использования сквозных цифровых технологий в космической отрасли

Язык труда и переводы:
УДК:
629.78
Дата публикации:
09 января 2022, 02:32
Категория:
Секция 08. Экономика космической деятельности
Авторы
Аннотация:
Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности деятельности предприятий Российской Федерации. Выполнен обзор современных цифровых технологий и кейсов применения в наукоемком производстве. Результаты обзора показали, что внедрение цифровых технологий в деятельность наукоемких предприятий способно не только повысить качество, но и снизить время на выполнение некоторых задач, уменьшить издержки и т. п.
Ключевые слова:
цифровые технологии, наукоемкое производство, новые производственные технологии, космическая отрасль
Основной текст труда

Термин «цифровизация» закреплен в глоссарии стратегии цифровой трансформации ракетно-космической промышленности, которая была принята в 2019 году с перспективой до 2030 года. Цифровизация — это экономически обоснованное применение цифровых технологий, приводящее к повышению эффективности бизнеса за счет перехода к новым моделям деятельности, каналам коммуникаций, продуктам, производственным процессам, корпоративной культуре, базирующихся на принципиально новых подходах к управлению данными.

Цифровая трансформация – это главное направление технологического развития промышленности. Современное промышленное производство использует цифровые и компьютерные технологии во всех аспектах своей работы. Практически все процессы, от непосредственного контроля и управления технологическим процессом до бизнес-планирования и документооборота, осуществляются в настоящее время с применением цифровых данных и цифровой инфраструктуры [1].

В рамках Национальной технологической инициативы (НТИ) сквозные технологии были определены как ключевые научно-технические направления, которые оказывают наиболее существенное влияние на развитие рынков. По сути же, к сквозным относятся те технологии, которые одновременно охватывают несколько трендов или отраслей [2].

Наиболее востребованными оказались технологии унифицированных коммуникаций, распределенного проектирования, имитационного моделирования и информационной безопасности. Также активно развивается искусственный интеллект, беспилотные технологии, 3D-печать и прочие сквозные цифровые технологии нового технологического уклада. Структуры ГК «Роскосмос» развивают проекты, направленные на коммерциализацию и обработку данных космической деятельности. В обработке этих результатов активно участвуют искусственный интеллект и глубокое машинное обучение. Основные тренды современного мирового коммуникационного рынка базируются на новых технологиях, которые сейчас активно внедряются по всему миру. 

Согласно федеральному проекту «Цифровые технологии», существует 7 сквозных цифровых технологических пакетов:

  • нейротехнологии и искусственный интеллект;
  • компоненты робототехники и сенсорики;
  • системы распределенного реестра;
  • технологии беспроводной связи;
  • новые производственные технологии;
  • квантовые технологии;
  • технологии виртуальной и дополненной реальности [3].

Самостоятельными технологиями, не входящими ни в один из пакетов, стали – большие данные и промышленный интернет. 

  • Пакет «Нейротехнологии и искусственный интеллект»

Искусственный интеллект (ИИ) — комплекс технологических решений, имитирующий когнитивные функции человека (включая самообучение и поиск решений без заранее заданного алгоритма) и позволяющий при выполнении задач достигать результаты, как минимум сопоставимые с результатами интеллектуальной деятельности человека. Комплекс технологических решений включает информационно-коммуникационную инфраструктуру, программное обеспечение, в котором в том числе используются методы машинного обучения, процессы и сервисы по обработке данных и выработке решений.  

Нейротехнологии — технологии, которые используют или помогают понять работу мозга, мыслительные процессы, высшую нервную деятельность, в том числе технологии по усилению, улучшению работы мозга и психической деятельности. 

  • Пакет «Компоненты робототехники и сенсорики»

Технология «Компоненты робототехники и сенсорика» охватывает направления разработки автоматизированных технических систем и методов управления ими, разработки сенсорных систем и методов обработки сенсорной информации, взаимодействия технических систем между собой и с человеком. Робототехника и сенсорика основываются на методах механики, электроники, мехатроники и других науках. Роботы предназначены для замены человека при выполнении рутинных, грязных, опасных работ, а также там, где требуется высокая точность и повторяемость.  

Основой взаимодействия с людьми являются человеко-машинные интерфейсы, современные виды которых включают не только традиционное представление визуальной информации и привычные органы управления, но и перспективные интерфейсы на основе анализа электрической активности мозга и мышц, с обратными силомоментными связями. Современная сенсорика, в свою очередь, является комплексной цифровой технологией, включающей в себя не только методы измерения физических величин, но и методы обработки сенсорной информации.

  • Пакет «Системы распределенного реестра»

Технология распределенного реестра является инфраструктурной, так как обеспечивает функционирование базисного слоя хранения и обмена данными, что применимо в операционных процессах любой другой «сквозной» цифровой технологии. В отличие от распределенных баз данных каждый участник системы распределенного реестра хранит всю историю изменений и валидирует добавление любых изменений в систему с помощью алгоритма консенсуса, который математически гарантирует невозможность подделки данных при определенной доле достоверных нод. Однако ни один участник не может изменить данные в системе таким образом, что другие участники не узнают об этом. Благодаря этому данные, которые находятся внутри системы распределенного реестра, становятся доверенными, а все изменения — прозрачными.

  • Пакет «Технологии беспроводной связи»

Технологии беспроводной связи — подкласс информационных технологий, служат для передачи информации между двумя и более точками на расстоянии, не требуя проводной связи. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны различных диапазонов, инфракрасное, оптическое или лазерное излучение. Так, субтехнологиями беспроводной связи являются сети связи, на основе которых выстраивается беспроводная связь.

  • Пакет «Новые производственные технологии»

Новые производственные технологии — совокупность новых, с высоким потенциалом, демонстрирующих де-факто стремительное развитие, но имеющих пока по сравнению с традиционными технологиями относительно небольшое распространение, новых подходов, материалов, методов и процессов, которые используются для проектирования и производства глобально конкурентоспособных и востребованных на мировом рынке продуктов или изделий (машин, конструкций, агрегатов, приборов, установок и т. д.). В сравнении с традиционными подходами, разработка изделий и продукции на основе технологии «цифрового двойника» может обеспечивать снижение временных, финансовых и иных ресурсных затрат до 10 раз и более. 

  • Пакет «Квантовые технологии»

Квантовые вычисления — новый класс вычислительных устройств, использующий для решения задач принципы квантовой механики. Прогнозируется, что в целом ряде задач квантовый компьютер будет способен дать многократное ускорение по сравнению с существующими суперкомпьютерными технологиями. Примерами являются сферы кибербезопасности, искусственного интеллекта и создание новых материалов.

Квантовые коммуникации — технология криптографической защиты информации, использующая для передачи ключей индивидуальные квантовые частицы.

Квантовые сенсоры и метрология — совокупность высокоточных измерительных приборов, основанных на квантовых эффектах.

  • Пакет «Технологии виртуальной и дополненной реальности»

Технология виртуальной реальности (virtual reality, VR) — это комплексная технология, позволяющая погрузить человека в иммерсивный виртуальный мир при использовании специализированных устройств (шлемов виртуальной реальности). Виртуальная реальность обеспечивает полное погружение в компьютерную среду, окружающую пользователя и реагирующую на его действия естественным образом. Виртуальная реальность конструирует новый искусственный мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, осязание и другие. Человек может взаимодействовать с трехмерной, компьютеризированной средой, а также манипулировать объектами или выполнять конкретные задачи. В своей простейшей форме виртуальная реальность включает 360-градусные изображения или видео. Достижение эффекта полного погружения в виртуальную реальность до уровня, когда пользователь не может отличить визуализацию от реальной обстановки, является задачей развития технологии. 

Технология дополненной реальности (augmented reality, AR) — технология, позволяющая интегрировать информацию с объектами реального мира в форме текста, компьютерной графики, аудио и иных представлений в режиме реального времени. Информация предоставляется пользователю с использованием heads-up display (индикатор на лобовом стекле), очков или шлемов дополненной реальности (HMD) или иной формы проецирования графики для человека (например, смартфон или проекционный видеомэппинг). Технология дополненной реальности позволяет расширить пользовательское взаимодействие с окружающей средой. 

  • Пакет «Большие данные»

Большие данные представляют собой массивы информации, характеризующиеся колоссальными объемами, стремительно растущей скоростью накопления, разнообразием их формата представления как в виде структурированной, так и неструктурированной информации. Big Data также включают в себя комплекс инновационных методов и способов хранения и обработки информации с целью автоматизации, оптимизации бизнес-процессов, обеспечения принятия наиболее эффективных решений на основе накопленной информации.

  • Пакет «Промышленный интернет»

Индустриальный интернет (индустриальный интернет вещей, промышленный интернет, интернет вещей, Industrial Internet of Things, IIoT) – концепция построения инфокоммуникационных инфраструктур, которая подразумевает подключение к интернету любых небытовых устройств, оборудования, датчиков, сенсоров, автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), а также интеграцию данных элементов между собой, что приводит к формированию новых бизнес-моделей при создании товаров и услуг, а также их доставке потребителям. 

7 ноября 2019 года стало известно, что Минкомсвязи опубликовало финальный вариант дорожной карты «Технологии беспроводной связи». Документ был подготовлен «дочкой» госкорпорации «Ростех» «Национальным центром информатизации» (НЦИ) в рамках мероприятий федерального проекта «Цифровые технологии» национальной программы «Цифровая экономика России».

В настоящее время мировыми лидерами в стриминге являются Twich, принадлежащий Amazon, YouTube и Facebook. Конкуренция в сегменте довольно большая, поэтому многие операторы предпочитают не создавать собственный продукт, а сотрудничать с крупными игроками рынка. Такой тактики придерживается и российский МегаФон.

На данный момент 5G только начинает свое проникновение в жизнь пользователей. В сентябре 2020 года коммерческое использование инфраструктуры начали 103 оператора в 46 странах, десятки других игроков объявили о подобных планах [4]. 

Сама по себе мобильная связь не уходит окончательно на второй план и не прекращает эволюционировать. В этой области также есть изменения, в частности, все большую популярность получают виртуальные операторы (Mobile Virtual Network Operator, MVNO) – поставщики услуг, не имеющие собственной наземной инфраструктуры и арендующие сотовые вышки. Первое место по количеству MVNO занимает Германия: в этой стране около 135 виртуальных операторов. На Европейский регион приходится 64,5% всех абонентов виртуальных операторов в мире. Это направление также развито в Китае и США. Россия в этом плане немного отстает от лидеров – на данный момент доля рынка виртуальных операторов по количеству абонентов составляет около 4%. Одна из причин в том, что на нашем рынке крупнейшие операторы создают существенную ценовую конкуренцию и при этом предлагают клиентам обширный набор услуг, связанных не только с традиционным телекомом. Тем не менее тренд на MVNO развивается и в России, зачастую благодаря крупным бизнесам, которые создают операторов, усиливая за счет этого свою экосистему [5]. 

В настоящее время российский рынок телекоммуникаций – один из наиболее передовых, и даже с учётом препятствий для коммерческого запуска 5G, операторы активно развивают услуги на базе новейших технологий. МТС, Билайн и Мегафон в своих стратегиях декларируют намерения формировать экосистемы, внутри которых будут предоставляться сервисы на основе IoT, облаков и больших данных [6].

Впрочем, эти экосистемы уже формируются: Мегафон и МТС имеют собственные финансовые продукты, все операторы большой четвёрки предлагают бизнес-решения в сфере межмашинного взаимодействия (Machine to Machine, M2M) и Big Data.

Частная инновационная компания «Спутникс» в рамках проекта «Пульсар» планирует развернуть на низкой околоземной орбите группировку из 200 спутников. Их возможности будут использовать для Интернета вещей. Если проект окажется успешным, то российская компания намерена увеличить численность космических аппаратов до 600. Специалисты «Спутникса» прогнозируют, что к 2025 году через их спутники к Интернету вещей удастся подключить до 500 млн терминалов, находящихся на Земле. Цель этого проекта – создать глобальную информационную инфраструктуру, которая обеспечит стремительный рост услуг и сервисов на основе IoT-технологий [7].

Канадский стартап Helios Wire, который работает в сфере IoT, реализует проект по созданию на орбите группировки спутников. Эти аппараты должны помогать клиентам компании связываться с миллионами устройств на Земле. Helios Wire производит датчики и небольшие концентраторы. Это оборудование используют для сбора данных от нескольких датчиков, контролирующих такие показатели, как температура, расположение и другие переменные. Если прикрепить такое изобретение к какому-либо предмету, оно начнет передавать в космос информацию, полученную благодаря Интернету вещей [8].

Комплекс отраслевых информационных сервисов «Цифровая Земля — Сервисы» разработан РКС и его дочерней компанией ТЕРРА ТЕХ по заказу Госкорпорации «Роскосмос» в ходе выполнения национальной программы «Цифровая экономика РФ». Цель проекта — обеспечение заказчиков государственных и региональных структур готовыми аналитическими продуктами и отчетами на основе данных космической съемки. В ходе работы секции «Использование РКД в интересах модернизации экономики РФ. Нормативно-правовая база в интересах повышения эффективности использования РКД» своим опытом применения ДЗЗ-геотехнологий также поделились и представители региональных органов исполнительной власти, которые подтвердили практическую ценность и высокий потенциал комплекса. Регулярно поступающие запросы субъектов РФ на подключение к «Цифровой Земле» сигнализируют о необходимости скорейшего ввода системы в эксплуатацию и дальнейшего расширения функционала комплекса геосервисов.

Благодаря проекту космические снимки всей территории России становятся общедоступными, появляются инновационные цифровые сервисы обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Часть программных модулей «Цифровой Земли» уже сегодня работает в экспериментальном режиме. В их числе и специализированные отраслевые информационно-аналитические сервисы, которые апробированы в 8 регионах России. Всего на сегодняшний день в системе «Цифровая Земля – Сервисы» доступно 28 типовых стандартизированных продуктов по 7 ключевым направлениям: лесное и сельское хозяйство, недропользование, землепользование, строительство, экология и чрезвычайные ситуации. Вводить в эксплуатацию инфраструктуру «Цифровой Земли» будут поэтапно в течение ближайших нескольких лет. Со временем проект объединит все создаваемые отдельно системы и комплексы.

Новые информационно-аналитические системы «Роскосмоса» радикально отличаются от всего, что делалось ранее. Традиционно оператор космических систем ДЗЗ поставлял государству и коммерческим компаниям космические снимки, картографические продукты и другие подобные материалы. Но все эти данные обрабатывались в значительной степени вручную. Хотя с годами автоматизация росла, принципиально подход не изменялся. Среди потребителей данных ДЗЗ во всем мире спрос на цифровизацию и облачные решения вырос, и система поставки космической информации нуждалась в модернизации. Сегодня в геосервисах «Цифровой Земли» происходит автоматическое преобразование информации с космических аппаратов в аналитический отчет о состоянии и развитии объектов, территорий и природных ресурсов. Он удобен и понятен для представителей профильных министерств и ведомств, коммерческих предприятий. В результате время получения нужной аналитики сократилось в несколько раз. При этом качество данных улучшилось. В платформе виртуальной реальности Atlas VR по космическим снимкам с фотографической точностью воссоздана наша планета Земля. Этот продукт имеет большой потенциал в части планирования и моделирования, обучения и развлечений. В будущем платформа виртуальной реальности должна стать облачной.

Огромное снижение стоимости пусков и позитивные перспективы в этом отношении также приближают мечту о космическом туризме. Когда-то космос был доступен эксклюзивно для астронавтов, космонавтов и тайконавтов, которые прошли тщательную подготовку; теперь появляются компании, которые готовы предложить своим состоятельным клиентам уникальный опыт, который бывает лишь раз в жизни. Некоторые из них уже активно работают над созданием необходимой инфраструктуры для достижения цели. Среди них есть как крупные игроки, так и стартапы, такие как Inspiration 4, Axiom Space и многие другие.

Недавние успешные пуски частных астронавтов и актеров кино для съемок фильма в космосе — наглядные примеры того, что космический туризм станет обычным явлением, это лишь вопрос времени. Тогда демократизация пространства станет фактом — хотя термин «демократизация», вероятно, неверно отражает тех, кто сможет использовать эту возможность. Возникает необходимость еще больше снижать затраты и риски; общество не согласится с тем, что гражданские космические туристы будут подвергаться такому же уровню риска, что и астронавты сегодня. Одновременное оптимальное сочетание этих двух, казалось бы, противоречивых требований, затрат и рисков, будет иметь решающее значение для успеха компаний в сегменте. Но технологии уже доступны, и космическая экономика к этому готовится.

Согласно федеральному проекту «Цифровые технологии», существует 7 сквозных цифровых технологических пакетов. Каждый пакет технологий в той или иной области уже применяется или находится на стадии внедрения. 

Важно отметить, что все технологии, на развитие которых сегодня делают ставки крупнейшие операторы, зачастую неразрывно связаны друг с другом. Прежде всего это облачные технологии, большие данные (Big Data), интернет вещей (Internet of Things, IoT), машинное обучение (Machine Learning), искусственный интеллект (Artificial Intelligence, AI). С их помощью игроки рынка создают, в частности, сервисы умного дома и их тарификацию, умных голосовых помощников, новые B2B-услуги, игровые платформы, более совершенные алгоритмы таргетирования.

Таким образом, видно, что в целом развитие российского телеком-рынка соответствует мировым трендам, и порой отечественные операторы создают передовые решения. Отечественные компании меняют бизнес-модели, осваивая новые для себя отрасли, создают виртуальных операторов связи и внедряют услуги на основе современных технологий, в особенности финансовые и развлекательные.

Литература
  1. Дроговоз П.А., Юсуфова О.М., Коренькова Д.А. Цифровая трансформация производственных систем: обзор основных направлений и факторов развития // X Чарновские чтения (Москва, 4–5 дек. 2020 г.): сб. трудов всеросс. науч. конференции по организации производства. М.: НОЦ «Контроллинг и управленческие инновации», 2021. С. 61–68.
  2. Программа «Национальная технологическая инициатива» // Официальной сайт программы НТИ. URL: https://nti2035.ru/nti/ (дата обращения 15.12.2021).
  3. Шиболденков В.А. Цифровая трансформация проектной деятельности в наукоемкой организации космической отрасли // Аэрокосмические технологии (Реутов, 28 мая 2019 г.): сб. матер. междунар. молодеж. науч.-техн. конференции, посв. 105-летию со дня рождения академика В.Н. Челомея. М.: ВПК «НПО машиностроения»; МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019. С. 135–136.
  4. Gorlacheva E.N., Omelchenko I.N., Drogovoz P.A., Yusufova O.M., Shiboldenkov V.A. Impact of socio-cultural factors onto the national technology development // Digital Transformation and Global Society (DTGS 2019). Communications in Computer and Information Science 1038 (Springer, Cham, 2019). Pp. 313–326. DOI: 10.1007/978-3-030-37858-5_26
  5. Виртуальные операторы // Официальный сайт АНО «Радиочастотный спектр». URL: https://rspectr.com/articles/639/prityanet-li-magnitom-abonentov (дата обращения 15.12.2021).
  6. Российский рынок телекоммуникаций // Официальный сайт портала «Ведомости». URL: https://www.vedomosti.ru/finance/articles/2019/07/19/806827-mobilnie-operatori-pitayutsya-stat-finansovimi-supermarketami (дата обращения 15.12.2021).
  7. Орбитальная группировка IoT // Официальный сайт портала «Известия». URL: https://iz.ru/news/680729 (дата обращения 15.12.2021).
  8. Проект орбитальной группировки Helios Wire // Официальный сайт портала Mediasat. URL: https://mediasat.info/2017/08/31/helios-wire-iot-satellite/ (дата обращения 15.12.2021).
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.