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中国空间机器人研制打响攻坚战

编者语： “目前我国空间机器人前期研制工作已经告一段落，初步具备了利用空间机器人在外太空开展科学研究的能力。”北京航空航天大学空间机器人实验室负责人丁希仑教授在接受《科学时报》采访时表示：“未来3到5年，将是该领域技术攻关的重要阶段，需要凝聚全国从事相关研究的优势力量，共同打响攻坚之战。”

北航与意大利米兰理工大学合作研制的初始样机。

丁希仑和他的团队将要现实的空间机器人构想。

最近，“空间机器人”一词频频见诸报端。

在11月9日闭幕的第七届中国国际航空航天博览会上，中国航天科技集团公司的相关负责人透露，2013年我国探月二期工程将向月球发射软着陆器和月球车，而月球车的学名就是“月球探测远程控制机器人”。

此前，在深圳举行的第十届中国国际高新技术成果交易会上，中国工程院院士蔡鹤皋展示了我国正在研制的空间机器人的局部图像。据他介绍，我国将于2011年左右发射一颗卫星，卫星上有空间机精密刀具器人的机械臂操作程序。如果此次空间机器人机械臂实验成功，它将成为我国首个送入太空的机器人。

“目前我国空间机器人前期研制工作已经告一段落，初步具备了利用空间机器人在外太空开展科学研究的能力。”北京航空航天大学空间机器人实验室负责人丁希仑教授在接受《科学时报》采访时表示：“未来3到5年，将是该领域技术攻关的重要阶段，需要凝聚全国从事相关研究的优势力量，共同打响攻坚之战。”

人类在宇宙中的帮手

英国科幻小说作家亚瑟·克拉克有句名言：“在宇宙中人类并不孤独。”对这句话，丁希仑有自己的理解。

在他看来，虽然人类探索地球以外的宇宙空间的旅程是充满危险和挑战的，但同时也是机器人发挥作用的最佳场所。

以月球为例。由于月球没有大气层，温度的变化全由阳光直接决定，所以日间最高温度可达150℃，而夜间则会降至-180℃，昼夜温差高达330℃，是一个彻底的“冰火两重天”。而且，月球每天都会直接面对超新星与太阳风暴等大量宇宙由于试样在拉伸实验中变形伸长不单单是在标线以内射线，而当宇宙射线击中月球表面时，会引发微型的核反应，其结果就是月球表面也产生大批危险的次级辐射。此外，月球重力仅为地球的1/6带有试样定位用辅助浅刻线，这使得月球表面的土壤远比地球上松软，月球上的行走远比地球上容易打滑。丁希仑认为，在这种与地球截然不同的环境中，虽然人类很难自如活动，但机器人却可以帮助人类实现目标。

“空间机器人将在人类探索和开发外空间过程中发挥重要的作用。”丁希仑说。据悉，空间机器人按用途主要分为星球（月球、火星等）探测机器人和空间站应用机器人。而空间站应用机器人又可细分为空间舱外（作业）服务机器人（包括基座可固定于空间站外的机械臂、自由飞行的空间机器人和自由飘浮的空间机器人）和空间舱内（作业）服务机器人。丁希仑告诉，空间机器人可以在太空恶劣的环境下代替人类完成危险和难以完成的任务，如探索火星和水星等行我们从分享我们的研究成果和通过旗舰公司从其他科学家那里取得灵感的能力中收获颇丰星，搭建空间站，进行太空实验和空间飞行器、卫星、太空望远镜等的维修和维护任务，甚至保卫太空安全等。

不过，“空间机器人和地球上的机器人有很大差别”，丁希仑表示：“最重要的一点，就是它要适应所处的宇宙空间的环境，这也是空间机器人研制中所面临的最大挑战。”

尚处起步阶段

丁希仑告诉，我国对空间机器人的研究和探索始于上世纪90年代，国家科技计划中有专门的经费投入进行空间机器人预先研究。随着我国探月工程计划和未来空间站计划的实施，相关的预研工作也于2000年后陆续展开，现在有一些（月球车、空间站应用机器人等）初始样机问世，许多关键技术已获突破，逐渐进入工程样机研制阶段。

就世界范围而言，美国在空间机器人研制方面处于领先地位，如美国的勇气号和机遇号火星探测车。俄罗斯在这方面的实力也非常强，其（苏联）研制的登月机器人 Lunokhod1于1970年成功登陆了月球。加拿大在空间机械臂的研究上具有世界领先的水平，如加拿大为国际空间站研制的大型机械臂。欧洲航空局在空间站应用机器人和星球探测机器人的研究上也具有很高的技术水平。

“我国经济条件、科技条件的改善以及系列大型航天计划的实施，带动空间机器人的研究从20年前的浅层次理论阶段发展到现在的空间实用研究阶段。”丁希仑说。他认为，当今世界，国家之间展开了激烈的航天竞争，发展空间机器人在一定程度上也是一个国家科技实力的体现。我国在空间机器人的研制方面还处于起步阶段，但起点较高。神舟系列飞船试验和月球探测一期的成功，表明我国的航天器推进技术水平和遥感、遥测等通信技术水平有较大的提高。

不过，丁希仑也认为，我们在技术水平上与美国、俄罗斯和欧洲有一定的差距，主要反映在硬件研制的技术水平较低，如机器人在恶劣空间环境下的驱动系统、传感与控制系统、花岗岩能源以及通信系统等。此外，从事相关研究的科研队伍尚未形成规模，整体实力和水平以及相关的实验条件和经验还存在不足。

三大方向将成未来发展趋势

“空间机器人未来的发展主要有3大方向，即机器人对空间环境的适应性和智能性的提高、多机器人发展以及机器人能源研究等三个方面，其中尤以多机器人的发展为着重点。”丁希仑说。

丁希仑告诉，把多个小机器人放到地球以外的星球表面去，它们之间可以互相配合、互相通信，提高探测和作业效率。而且，如果其中一个机器人出现了问题，也不会影响整体计划的执行。此外，机器人相互之间还可以作些维修。丁希仑还认为，把一个大的复杂的机器人的功能分到其他多个小机器人上，还可以在一定程度上降低航天探测的风险。

据了解洗发液，丁希仑和他的研究团队在十年前开始空间站作业机器人的关键技术研究，并搭建了面向空间站应用的冗余度双臂空间机器人协调操作实验平台。2002年，他们开始轮腿式新型星球探测机器人的研究，并已针对星球探测的复杂未知环境，开展了轮腿复合式多足机器人系统组织的结构设计、机械本体设计、传感与控制、通信、能源与温控、信息技术科学等多项关键技术研究。目前，他们已经与意大利米兰理工大学合作完成了原理样机设计制作、月壤钻探采样器的设计、机器人系统通信与控制系统软硬件的实现，进行了各种仿真试验和初始样机试验等。截至采访时，他们已进行到第三代样机的加工制作阶段。

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“空间技术的发展离不开空间机器人，空间机器人将在我国未来的空间计划实施中发挥重要作用。”谈到我国空间机器人未来的发展，丁希仑告诉，下一步我国空间机器人的工程样机研制和试验任务依然非常紧迫。未来3到5年是重要阶段，需要凝聚全国从事相关研究的优势力量打响空间机器人研制的技术攻坚战，并建立由航天企业牵头、国内相关行业主要科研院所积极参与的空间机器人研究队伍。

“如果相关部门对我国首次空间机器人计划实施的目标定位比较得当，我相信该计划会取得圆满成功。”丁希仑说。

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