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中國空間機器人研制打響攻堅戰(zhàn)

http://www.henanjusheng.com 2008-11-14 16:18 來源：《科學時報》

編者語： “目前我國空間機器人前期研制工作已經(jīng)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?！北本┖娇蘸教齑髮W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(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)的重要階段，需要凝聚全國從事相關(guān)研究的優(yōu)勢力量，共同打響攻堅之戰(zhàn)?！?/FONT>

北航與意大利米蘭理工大學合作研制的初始樣機。

丁希侖和他的團隊將要現(xiàn)實的空間機器人構(gòu)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(guān)負責人透露，2013年我國探月二期工程將向月球發(fā)射軟著陸器和月球車，而月球車的學名就是“月球探測遠程控制機器人”。

此前，在深圳舉行的第十屆中國國際高新技術(shù)成果交易會上，中國工程院院士蔡鶴皋展示了我國正在研制的空間機器人的局部圖像。據(jù)他介紹，我國將于2011年左右發(fā)射一顆衛(wèi)星，衛(wèi)星上有空間機器人的機械臂操作程序。如果此次空間機器人機械臂實驗成功，它將成為我國首個送入太空的機器人。

“目前我國空間機器人前期研制工作已經(jīng)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(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)的重要階段，需要凝聚全國從事相關(guān)研究的優(yōu)勢力量，共同打響攻堅之戰(zhàn)。”

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：“在宇宙中人類并不孤獨。”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(zhàn)的，但同時也是機器人發(fā)揮作用的最佳場所。

以月球為例。由于月球沒有大氣層，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”。而且，月球每天都會直接面對超新星與太陽風暴等大量宇宙射線，而當宇宙射線擊中月球表面時，會引發(fā)微型的核反應(yīng)，其結(jié)果就是月球表面也產(chǎn)生大批危險的次級輻射。此外，月球重力僅為地球的1/6，這使得月球表面的土壤遠比地球上松軟，月球上的行走遠比地球上容易打滑。丁希侖認為，在這種與地球截然不同的環(huán)境中，雖然人類很難自如活動，但機器人卻可以幫助人類實現(xiàn)目標。

“空間機器人將在人類探索和開發(fā)外空間過程中發(fā)揮重要的作用?！倍∠稣f。據(jù)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(yīng)用機器人。而空間站應(yīng)用機器人又可細分為空間艙外（作業(yè)）服務(wù)機器人（包括基座可固定于空間站外的機械臂、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(nèi)（作業(yè)）服務(wù)機器人。丁希侖告訴記者，空間機器人可以在太空惡劣的環(huán)境下代替人類完成危險和難以完成的任務(wù)，如探索火星和水星等行星，搭建空間站，進行太空實驗和空間飛行器、衛(wèi)星、太空望遠鏡等的維修和維護任務(wù)，甚至保衛(wèi)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(yīng)所處的宇宙空間的環(huán)境，這也是空間機器人研制中所面臨的最大挑戰(zhàn)?！?/DIV>

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于上世紀90年代，國家科技計劃中有專門的經(jīng)費投入進行空間機器人預(yù)先研究。隨著我國探月工程計劃和未來空間站計劃的實施，相關(guān)的預(yù)研工作也于2000年后陸續(xù)展開，現(xiàn)在有一些（月球車、空間站應(yīng)用機器人等）初始樣機問世，許多關(guān)鍵技術(shù)已獲突破，逐漸進入工程樣機研制階段。

就世界范圍而言，美國在空間機器人研制方面處于領(lǐng)先地位，如美國的勇氣號和機遇號火星探測車。俄羅斯在這方面的實力也非常強，其（蘇聯(lián)）研制的登月機器人 Lunokhod1于1970年成功登陸了月球。加拿大在空間機械臂的研究上具有世界領(lǐng)先的水平，如加拿大為國際空間站研制的大型機械臂。歐洲航空局在空間站應(yīng)用機器人和星球探測機器人的研究上也具有很高的技術(shù)水平。

“我國經(jīng)濟條件、科技條件的改善以及系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(fā)展到現(xiàn)在的空間實用研究階段。”丁希侖說。他認為，當今世界，國家之間展開了激烈的航天競爭，發(fā)展空間機器人在一定程度上也是一個國家科技實力的體現(xiàn)。我國在空間機器人的研制方面還處于起步階段，但起點較高。神舟系列飛船試驗和月球探測一期的成功，表明我國的航天器推進技術(shù)水平和遙感、遙測等通信技術(shù)水平有較大的提高。

不過，丁希侖也認為，我們在技術(shù)水平上與美國、俄羅斯和歐洲有一定的差距，主要反映在硬件研制的技術(shù)水平較低，如機器人在惡劣空間環(huán)境下的驅(qū)動系統(tǒng)、傳感與控制系統(tǒng)、能源以及通信系統(tǒng)等。此外，從事相關(guān)研究的科研隊伍尚未形成規(guī)模，整體實力和水平以及相關(guān)的實驗條件和經(jīng)驗還存在不足。

三大方向?qū)⒊晌磥戆l(fā)展趨勢

“空間機器人未來的發(fā)展主要有3大方向，即機器人對空間環(huán)境的適應(yīng)性和智能性的提高、多機器人發(fā)展以及機器人能源研究等三個方面，其中尤以多機器人的發(fā)展為著重點?！倍∠稣f。

丁希侖告訴記者，把多個小機器人放到地球以外的星球表面去，它們之間可以互相配合、互相通信，提高探測和作業(yè)效率。而且，如果其中一個機器人出現(xiàn)了問題，也不會影響整體計劃的執(zhí)行。此外，機器人相互之間還可以作些維修。丁希侖還認為，把一個大的復(fù)雜的機器人的功能分到其他多個小機器人上，還可以在一定程度上降低航天探測的風險。

據(jù)了解，丁希侖和他的研究團隊在十年前開始空間站作業(yè)機器人的關(guān)鍵技術(shù)研究，并搭建了面向空間站應(yīng)用的冗余度雙臂空間機器人協(xié)調(diào)操作實驗平臺。2002年，他們開始輪腿式新型星球探測機器人的研究，并已針對星球探測的復(fù)雜未知環(huán)境，開展了輪腿復(fù)合式多足機器人系統(tǒng)組織的結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械本體設(shè)計、傳感與控制、通信、能源與溫控、信息技術(shù)科學等多項關(guān)鍵技術(shù)研究。目前，他們已經(jīng)與意大利米蘭理工大學合作完成了原理樣機設(shè)計制作、月壤鉆探采樣器的設(shè)計、機器人系統(tǒng)通信與控制系統(tǒng)軟硬件的實現(xiàn)，進行了各種仿真試驗和初始樣機試驗等。截至記者采訪時，他們已進行到第三代樣機的加工制作階段。

“空間技術(shù)的發(fā)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(fā)揮重要作用?！闭劦轿覈臻g機器人未來的發(fā)展，丁希侖告訴記者，下一步我國空間機器人的工程樣機研制和試驗任務(wù)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(guān)研究的優(yōu)勢力量打響空間機器人研制的技術(shù)攻堅戰(zhàn)，并建立由航天企業(yè)牽頭、國內(nèi)相關(guān)行業(yè)主要科研院所積極參與的空間機器人研究隊伍。

“如果相關(guān)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?！倍∠稣f。

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