太空機(jī)器人，作為人類探索太空的得力“伙伴”，正發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著深空探測(cè)任務(wù)的逐步推進(jìn)，航天事業(yè)的技術(shù)突破和科研成果日益涌現(xiàn)，激起了人們對(duì)太空機(jī)器人的廣泛關(guān)注。

太空機(jī)器人：探索宇宙的得力助手

太空機(jī)器人，是一種在航天器或空間站上作業(yè)的通用機(jī)械系統(tǒng)。它們工作在微重力、高真空、超低溫、強(qiáng)輻射的極端空間環(huán)境下，與地面上的工業(yè)機(jī)器人有著天壤之別。在失重狀態(tài)下，物體像幽靈般漂浮，這給太空機(jī)器人的操作帶來了重重困難；空間目標(biāo)識(shí)別以及識(shí)別與操作的配合，也比地面更加棘手。因此，太空機(jī)器人需要配備相較普通機(jī)器人更高精度的視覺系統(tǒng)，還可與雙目相機(jī)、慣性測(cè)量單元等多種傳感器融合進(jìn)行智能感知，以便精準(zhǔn)確定物體的位置和方向，同時(shí)還要有便于更換的靈巧末端操縱器，并借助接近覺、觸覺、力覺、滑覺傳感器，完成各種復(fù)雜操作。

太空機(jī)器人的發(fā)展歷程

早期航天器上的機(jī)器人，均屬于最簡(jiǎn)單的遙控機(jī)械手。這是一種由人操縱的多關(guān)節(jié)機(jī)械裝置，僅充當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角色，本身不具備智能性，需要操作人員持續(xù)操控。然而，遠(yuǎn)程操作帶來的信號(hào)傳輸和處理延時(shí)，如同隱藏的定時(shí)炸彈，可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)失穩(wěn)。1967年，美國(guó)“觀察者”－Ⅲ航天器上安裝的機(jī)械手，在地面操作者的控制下，用手爪在月面上成功完成了挖溝操作，并進(jìn)行了土壤實(shí)驗(yàn)，開啟了太空機(jī)器人探索的新篇章。1976年，美國(guó)“海盜”號(hào)火星登陸器上的機(jī)器人，接收到地面遙控指令后，啟動(dòng)預(yù)先編好的程序，在指定表面著陸，取回火星表層土樣。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，遙控機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。這是一種人機(jī)混合的遙控系統(tǒng)，將遙控和一定級(jí)別的自主技術(shù)巧妙結(jié)合。系統(tǒng)擁有本地回路和遠(yuǎn)地回路兩個(gè)控制回路，通過遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn)連接。工作在低智能和高響應(yīng)率遠(yuǎn)地回路的太空機(jī)器人，接到本地回路控制人員的遙控操作指令后，會(huì)根據(jù)自身感知信息和智能，在遠(yuǎn)地計(jì)算機(jī)的控制下完成指定操作。操作者則在高智能和低響應(yīng)率的本地回路內(nèi)，依據(jù)機(jī)器人傳來的各種信息，對(duì)其在遠(yuǎn)地控制回路內(nèi)的工作進(jìn)行監(jiān)控，并適時(shí)發(fā)出指令，遠(yuǎn)地計(jì)算機(jī)再根據(jù)指令控制機(jī)器人操作。這種方式在初期空間站開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用。

如今，智能化成為太空機(jī)器人發(fā)展的必然趨勢(shì)。這類機(jī)器人無需人類操縱，具備更強(qiáng)的自主決策能力、環(huán)境感知能力和學(xué)習(xí)能力，擁有多種感官和認(rèn)知功能。它們接到指令后，能夠自行規(guī)劃、編程、診斷、決策，自主完成裝配、修理或?qū)嶒?yàn)任務(wù)。例如，美國(guó)宇航局的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車就具有一定的智能性，它們能夠在火星表面自主行駛、探測(cè)地形、分析巖石樣本等。中國(guó)的嫦娥系列探測(cè)器也搭載了各種智能機(jī)器人設(shè)備，如嫦娥六號(hào)攜帶的月面自主智能微小機(jī)器人“金蟾號(hào)”，可以自主導(dǎo)航和避障，選擇路徑，并進(jìn)行智能拍照和圖像分析。

金蟾號(hào)拍攝嫦娥六號(hào)著陸器和上升器的合影（圖片源于新華社）

太空機(jī)器人的無限可能

在有限的地球資源面臨枯竭威脅的背景下，人類走向太空成為必然選擇。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，許多新概念、新形態(tài)的太空智能機(jī)器人的研發(fā)像雨后春筍一般，進(jìn)入大眾視野。

前不久，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)劉新華教授團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出多功能太空采礦機(jī)器人，這款太空采礦機(jī)器人采用六足模式，由三個(gè)輪足和三個(gè)爪足組成。之所以如此設(shè)計(jì)，是為了更好地適應(yīng)太空中的微重力環(huán)境。在微重力條件下，傳統(tǒng)機(jī)器人的移動(dòng)和作業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)，而這種獨(dú)特的構(gòu)型能夠?yàn)闄C(jī)器人提供更穩(wěn)定的支撐和更靈活的移動(dòng)能力。未來有望在月球和近地小行星的資源開發(fā)中發(fā)揮重要作用，助力人類開啟太空資源開發(fā)的新篇章。

太空機(jī)器人“三輪足、三爪足”的設(shè)計(jì)模式（圖片源于央視網(wǎng)）

在深空探測(cè)領(lǐng)域，我國(guó)制定了長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)和規(guī)劃。其主要任務(wù)包括探月工程四期和國(guó)際月球科研站建設(shè)，計(jì)劃2028年前后發(fā)射的嫦娥八號(hào)，將重點(diǎn)開展月球科研站的月面指揮通訊中樞技術(shù)驗(yàn)證、遠(yuǎn)程機(jī)器人探測(cè)和資源原位利用。為實(shí)現(xiàn)這一科學(xué)大計(jì)劃，許多科研團(tuán)隊(duì)和組織投入到太空機(jī)器人的研發(fā)當(dāng)中。

中國(guó)工程院院士、國(guó)家數(shù)字建造技術(shù)創(chuàng)新中心首席科學(xué)家丁烈云，帶領(lǐng)華中大團(tuán)隊(duì)開展了月面極端環(huán)境下的裝配式結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、月壤燒結(jié)及月面極端環(huán)境影響等多項(xiàng)前沿研究，探索如何在月球上搭房子。將中國(guó)傳統(tǒng)制磚砌筑的建造方式與月面基地的建造技術(shù)體系3D打印的方式相結(jié)合，研發(fā)出用于完成澆筑工作的機(jī)器人“中國(guó)超級(jí)泥瓦匠”、用于月球表面原位資源3D打印的機(jī)器人“月蜘蛛”；將由香港科技大學(xué)主導(dǎo)研發(fā)的，多功能月面作業(yè)機(jī)器人暨可移動(dòng)充電站，該機(jī)器人配備雙機(jī)械臂，可用以布置和安裝儀器、采集月面樣品，在機(jī)器人協(xié)同工作時(shí)，可提供無線充電的功能；2025年1月24日，浙江大學(xué)、地衛(wèi)二空間技術(shù)（杭州）有限公司、土耳其中東科技大學(xué)聯(lián)合研制項(xiàng)目入選嫦娥八號(hào)任務(wù)遴選，三方共同完成的微型探索機(jī)器人的開發(fā)，該項(xiàng)目的智能機(jī)器人以小型化、輕量化為核心，結(jié)合AI賦能的智能操作系統(tǒng)，專為月球表面裝備的協(xié)同作業(yè)與復(fù)雜地形的靈活探測(cè)設(shè)計(jì)而生，為落實(shí)月球科研站建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

未來國(guó)際月球科研站動(dòng)畫演示（圖片源于央視網(wǎng)）

雖然太空機(jī)器人已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展，但要實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，仍需攻克諸多難題。在技術(shù)方面，進(jìn)一步提高機(jī)器人的自主性和智能水平是關(guān)鍵。這需要在人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、傳感器技術(shù)等領(lǐng)域取得更大突破，使機(jī)器人能夠在復(fù)雜的太空環(huán)境中自主決策、靈活應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，太空機(jī)器人必將在浩瀚宇宙中創(chuàng)造更多的奇跡，為人類的未來開辟新的可能。

部分資料來源于央視網(wǎng)、科普中國(guó)、新華社、人民網(wǎng)、光明網(wǎng)等

（科學(xué)性審核：陳鋼，空間機(jī)器人技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任）

責(zé)任編輯：劉海華