編者語: “目前我國空間機器人前期研製工作已經告一段落,初步具備了利用空間機器人在外太空開展科學研究的能力。”北京航空航天大學空間機器人實驗室負責人丁希侖教授在接受《科學時報》采訪時表示:“未來3到5年,將是該領域技術攻關的重要階段,需要凝聚全國從事相關研究的優勢力量,共同打響攻堅之戰。”

北航與意大利米蘭理工大學合作研製的初始樣機。

丁希侖和他的團隊將要現實的空間機器人構想。
最近,“空間機器人”一詞頻頻見諸報端。
在11月9日閉幕的第七屆中國國際航空航天博覽會上,中國航天科技集團公司的相關負責人透露,2013年我國探月二期工程將向月球發射軟著陸器和月球車,而月球車的學名就是“月球探測遠程控製機器人”。
此ci前qian,在zai深shen圳zhen舉ju行xing的de第di十shi屆jie中zhong國guo國guo際ji高gao新xin技ji術shu成cheng果guo交jiao易yi會hui上shang,中zhong國guo工gong程cheng院yuan院yuan士shi蔡cai鶴he皋gao展zhan示shi了le我wo國guo正zheng在zai研yan製zhi的de空kong間jian機ji器qi人ren的de局ju部bu圖tu像xiang。據ju他ta介jie紹shao,我wo國guo將jiang於yu2011年(nian)左(zuo)右(you)發(fa)射(she)一(yi)顆(ke)衛(wei)星(xing),衛(wei)星(xing)上(shang)有(you)空(kong)間(jian)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)機(ji)械(xie)臂(bi)操(cao)作(zuo)程(cheng)序(xu)。如(ru)果(guo)此(ci)次(ci)空(kong)間(jian)機(ji)器(qi)人(ren)機(ji)械(xie)臂(bi)實(shi)驗(yan)成(cheng)功(gong),它(ta)將(jiang)成(cheng)為(wei)我(wo)國(guo)首(shou)個(ge)送(song)入(ru)太(tai)空(kong)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)。
“目前我國空間機器人前期研製工作已經告一段落,初步具備了利用空間機器人在外太空開展科學研究的能力。”北京航空航天大學空間機器人實驗室負責人丁希侖教授在接受《科學時報》采訪時表示:“未來3到5年,將是該領域技術攻關的重要階段,需要凝聚全國從事相關研究的優勢力量,共同打響攻堅之戰。”
人類在宇宙中的幫手
英國科幻小說作家亞瑟·克拉克有句名言:“在宇宙中人類並不孤獨。”對這句話,丁希侖有自己的理解。
在他看來,雖然人類探索地球以外的宇宙空間的旅程是充滿危險和挑戰的,但同時也是機器人發揮作用的最佳場所。
以月球為例。由於月球沒有大氣層,溫度的變化全由陽光直接決定,所以日間最高溫度可達150℃,而夜間則會降至-180℃,晝夜溫差高達330℃,是一個徹底的“冰火兩重天”。而er且qie,月yue球qiu每mei天tian都dou會hui直zhi接jie麵mian對dui超chao新xin星xing與yu太tai陽yang風feng暴bao等deng大da量liang宇yu宙zhou射she線xian,而er當dang宇yu宙zhou射she線xian擊ji中zhong月yue球qiu表biao麵mian時shi,會hui引yin發fa微wei型xing的de核he反fan應ying,其qi結jie果guo就jiu是shi月yue球qiu表biao麵mian也ye產chan生sheng大da批pi危wei險xian的de次ci級ji輻fu射she。此ci外wai,月yue球qiu重zhong力li僅jin為wei地di球qiu的de1/6,這(zhe)使(shi)得(de)月(yue)球(qiu)表(biao)麵(mian)的(de)土(tu)壤(rang)遠(yuan)比(bi)地(di)球(qiu)上(shang)鬆(song)軟(ruan),月(yue)球(qiu)上(shang)的(de)行(xing)走(zou)遠(yuan)比(bi)地(di)球(qiu)上(shang)容(rong)易(yi)打(da)滑(hua)。丁(ding)希(xi)侖(lun)認(ren)為(wei),在(zai)這(zhe)種(zhong)與(yu)地(di)球(qiu)截(jie)然(ran)不(bu)同(tong)的(de)環(huan)境(jing)中(zhong),雖(sui)然(ran)人(ren)類(lei)很(hen)難(nan)自(zi)如(ru)活(huo)動(dong),但(dan)機(ji)器(qi)人(ren)卻(que)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)人(ren)類(lei)實(shi)現(xian)目(mu)標(biao)。
“空間機器人將在人類探索和開發外空間過程中發揮重要的作用。”丁希侖說。據悉,空間機器人按用途主要分為星球(月球、火星等)探測機器人和空間站應用機器人。而空間站應用機器人又可細分為空間艙外(作業)服務機器人(包括基座可固定於空間站外的機械臂、自由飛行的空間機器人和自由飄浮的空間機器人)和空間艙內(作業)服(fu)務(wu)機(ji)器(qi)人(ren)。丁(ding)希(xi)侖(lun)告(gao)訴(su)記(ji)者(zhe),空(kong)間(jian)機(ji)器(qi)人(ren)可(ke)以(yi)在(zai)太(tai)空(kong)惡(e)劣(lie)的(de)環(huan)境(jing)下(xia)代(dai)替(ti)人(ren)類(lei)完(wan)成(cheng)危(wei)險(xian)和(he)難(nan)以(yi)完(wan)成(cheng)的(de)任(ren)務(wu),如(ru)探(tan)索(suo)火(huo)星(xing)和(he)水(shui)星(xing)等(deng)行(xing)星(xing),搭(da)建(jian)空(kong)間(jian)站(zhan),進(jin)行(xing)太(tai)空(kong)實(shi)驗(yan)和(he)空(kong)間(jian)飛(fei)行(xing)器(qi)、衛星、太空望遠鏡等的維修和維護任務,甚至保衛太空安全等。
不過,“空間機器人和地球上的機器人有很大差別”,丁希侖表示:“最重要的一點,就是它要適應所處的宇宙空間的環境,這也是空間機器人研製中所麵臨的最大挑戰。”
尚處起步階段
丁希侖告訴記者,我國對空間機器人的研究和探索始於上世紀90年(nian)代(dai),國(guo)家(jia)科(ke)技(ji)計(ji)劃(hua)中(zhong)有(you)專(zhuan)門(men)的(de)經(jing)費(fei)投(tou)入(ru)進(jin)行(xing)空(kong)間(jian)機(ji)器(qi)人(ren)預(yu)先(xian)研(yan)究(jiu)。隨(sui)著(zhe)我(wo)國(guo)探(tan)月(yue)工(gong)程(cheng)計(ji)劃(hua)和(he)未(wei)來(lai)空(kong)間(jian)站(zhan)計(ji)劃(hua)的(de)實(shi)施(shi),相(xiang)關(guan)的(de)預(yu)研(yan)工(gong)作(zuo)也(ye)於(yu)2000年後陸續展開,現在有一些(月球車、空間站應用機器人等)初始樣機問世,許多關鍵技術已獲突破,逐漸進入工程樣機研製階段。
就(jiu)世(shi)界(jie)範(fan)圍(wei)而(er)言(yan),美(mei)國(guo)在(zai)空(kong)間(jian)機(ji)器(qi)人(ren)研(yan)製(zhi)方(fang)麵(mian)處(chu)於(yu)領(ling)先(xian)地(di)位(wei),如(ru)美(mei)國(guo)的(de)勇(yong)氣(qi)號(hao)和(he)機(ji)遇(yu)號(hao)火(huo)星(xing)探(tan)測(ce)車(che)。俄(e)羅(luo)斯(si)在(zai)這(zhe)方(fang)麵(mian)的(de)實(shi)力(li)也(ye)非(fei)常(chang)強(qiang),其(qi)(蘇聯)研製的登月機器人 Lunokhod1於1970年nian成cheng功gong登deng陸lu了le月yue球qiu。加jia拿na大da在zai空kong間jian機ji械xie臂bi的de研yan究jiu上shang具ju有you世shi界jie領ling先xian的de水shui平ping,如ru加jia拿na大da為wei國guo際ji空kong間jian站zhan研yan製zhi的de大da型xing機ji械xie臂bi。歐ou洲zhou航hang空kong局ju在zai空kong間jian站zhan應ying用yong機ji器qi人ren和he星xing球qiu探tan測ce機ji器qi人ren的de研yan究jiu上shang也ye具ju有you很hen高gao的de技ji術shu水shui平ping。
“我國經濟條件、科技條件的改善以及係列大型航天計劃的實施,帶動空間機器人的研究從20年前的淺層次理論階段發展到現在的空間實用研究階段。”dingxilunshuo。tarenwei,dangjinshijie,guojiazhijianzhankailejiliedehangtianjingzheng,fazhankongjianjiqirenzaiyidingchengdushangyeshiyigeguojiakejishilidetixian。woguozaikongjianjiqirendeyanzhifangmianhaichuyuqibujieduan,danqidianjiaogao。shenzhouxiliefeichuanshiyanheyueqiutanceyiqidechenggong,biaomingwoguodehangtianqituijinjishushuipingheyaogan、遙測等通信技術水平有較大的提高。
不過,丁希侖也認為,我們在技術水平上與美國、俄羅斯和歐洲有一定的差距,主要反映在硬件研製的技術水平較低,如機器人在惡劣空間環境下的驅動係統、傳感與控製係統、能源以及通信係統等。此外,從事相關研究的科研隊伍尚未形成規模,整體實力和水平以及相關的實驗條件和經驗還存在不足。
三大方向將成未來發展趨勢
“空間機器人未來的發展主要有3大方向,即機器人對空間環境的適應性和智能性的提高、多機器人發展以及機器人能源研究等三個方麵,其中尤以多機器人的發展為著重點。”丁希侖說。
丁希侖告訴記者,把多個小機器人放到地球以外的星球表麵去,它們之間可以互相配合、互(hu)相(xiang)通(tong)信(xin),提(ti)高(gao)探(tan)測(ce)和(he)作(zuo)業(ye)效(xiao)率(lv)。而(er)且(qie),如(ru)果(guo)其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)機(ji)器(qi)人(ren)出(chu)現(xian)了(le)問(wen)題(ti),也(ye)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)整(zheng)體(ti)計(ji)劃(hua)的(de)執(zhi)行(xing)。此(ci)外(wai),機(ji)器(qi)人(ren)相(xiang)互(hu)之(zhi)間(jian)還(hai)可(ke)以(yi)作(zuo)些(xie)維(wei)修(xiu)。丁(ding)希(xi)侖(lun)還(hai)認(ren)為(wei),把(ba)一(yi)個(ge)大(da)的(de)複(fu)雜(za)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)功(gong)能(neng)分(fen)到(dao)其(qi)他(ta)多(duo)個(ge)小(xiao)機(ji)器(qi)人(ren)上(shang),還(hai)可(ke)以(yi)在(zai)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)降(jiang)低(di)航(hang)天(tian)探(tan)測(ce)的(de)風(feng)險(xian)。
julejie,dingxilunhetadeyanjiutuanduizaishinianqiankaishikongjianzhanzuoyejiqirendeguanjianjishuyanjiu,bingdajianlemianxiangkongjianzhanyingyongderongyudushuangbikongjianjiqirenxietiaocaozuoshiyanpingtai。2002年nian,他ta們men開kai始shi輪lun腿tui式shi新xin型xing星xing球qiu探tan測ce機ji器qi人ren的de研yan究jiu,並bing已yi針zhen對dui星xing球qiu探tan測ce的de複fu雜za未wei知zhi環huan境jing,開kai展zhan了le輪lun腿tui複fu合he式shi多duo足zu機ji器qi人ren係xi統tong組zu織zhi的de結jie構gou設she計ji、機械本體設計、傳感與控製、通信、能源與溫控、信息技術科學等多項關鍵技術研究。目前,他們已經與意大利米蘭理工大學合作完成了原理樣機設計製作、月壤鑽探采樣器的設計、機ji器qi人ren係xi統tong通tong信xin與yu控kong製zhi係xi統tong軟ruan硬ying件jian的de實shi現xian,進jin行xing了le各ge種zhong仿fang真zhen試shi驗yan和he初chu始shi樣yang機ji試shi驗yan等deng。截jie至zhi記ji者zhe采cai訪fang時shi,他ta們men已yi進jin行xing到dao第di三san代dai樣yang機ji的de加jia工gong製zhi作zuo階jie段duan。
“空間技術的發展離不開空間機器人,空間機器人將在我國未來的空間計劃實施中發揮重要作用。”談到我國空間機器人未來的發展,丁希侖告訴記者,下一步我國空間機器人的工程樣機研製和試驗任務依然非常緊迫。未來3到5年是重要階段,需要凝聚全國從事相關研究的優勢力量打響空間機器人研製的技術攻堅戰,並建立由航天企業牽頭、國內相關行業主要科研院所積極參與的空間機器人研究隊伍。
“如果相關部門對我國首次空間機器人計劃實施的目標定位比較得當,我相信該計劃會取得圓滿成功。”丁希侖說。