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中國空間機(jī)器人研制打響攻堅戰(zhàn)
http://m.henanjusheng.com 2008-11-14 16:18 來源：《科學(xué)時報》
編者語： “目前我國空間機(jī)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(jī)器人在外太空開展科學(xué)研究的能力?！北本┖娇蘸教齑髮W(xué)空間機(jī)器人實驗室負(fù)責(zé)人丁希侖教授在接受《科學(xué)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)。”
北航與意大利米蘭理工大學(xué)合作研制的初始樣機(jī)。
丁希侖和他的團(tuán)隊將要現(xiàn)實的空間機(jī)器人構(gòu)想。
最近，“空間機(jī)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(tuán)公司的相關(guān)負(fù)責(zé)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(xué)名就是“月球探測遠(yuǎn)程控制機(jī)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(jī)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(jī)器人的機(jī)械臂操作程序。如果此次空間機(jī)器人機(jī)械臂實驗成功，它將成為我國首個送入太空的機(jī)器人。
“目前我國空間機(jī)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(jī)器人在外太空開展科學(xué)研究的能力。”北京航空航天大學(xué)空間機(jī)器人實驗室負(fù)責(zé)人丁希侖教授在接受《科學(xué)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)?！?/DIV>
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(dú)。”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(jī)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(dá)150℃，而夜間則會降至-180℃，晝夜溫差高達(dá)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(fēng)暴等大量宇宙射線，而當(dāng)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(yuǎn)比地球上松軟，月球上的行走遠(yuǎn)比地球上容易打滑。丁希侖認(rèn)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(jī)器人卻可以幫助人類實現(xiàn)目標(biāo)。
“空間機(jī)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(jī)器人按用途主要分為星球（月球、火星等）探測機(jī)器人和空間站應(yīng)用機(jī)器人。而空間站應(yīng)用機(jī)器人又可細(xì)分為空間艙外（作業(yè)）服務(wù)機(jī)器人（包括基座可固定于空間站外的機(jī)械臂、自由飛行的空間機(jī)器人和自由飄浮的空間機(jī)器人）和空間艙內(nèi)（作業(yè)）服務(wù)機(jī)器人。丁希侖告訴記者，空間機(jī)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(jìn)行太空實驗和空間飛行器、衛(wèi)星、太空望遠(yuǎn)鏡等的維修和維護(hù)任務(wù)，甚至保衛(wèi)太空安全等。
不過，“空間機(jī)器人和地球上的機(jī)器人有很大差別”，丁希侖表示：“最重要的一點(diǎn)，就是它要適應(yīng)所處的宇宙空間的環(huán)境，這也是空間機(jī)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(jī)器人的研究和探索始于上世紀(jì)90年代，國家科技計劃中有專門的經(jīng)費(fèi)投入進(jìn)行空間機(jī)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(jī)器人等）初始樣機(jī)問世，許多關(guān)鍵技術(shù)已獲突破，逐漸進(jìn)入工程樣機(jī)研制階段。
就世界范圍而言，美國在空間機(jī)器人研制方面處于領(lǐng)先地位，如美國的勇氣號和機(jī)遇號火星探測車。俄羅斯在這方面的實力也非常強(qiáng)，其（蘇聯(lián)）研制的登月機(jī)器人 Lunokhod1于1970年成功登陸了月球。加拿大在空間機(jī)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(jī)械臂。歐洲航空局在空間站應(yīng)用機(jī)器人和星球探測機(jī)器人的研究上也具有很高的技術(shù)水平。
“我國經(jīng)濟(jì)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(jī)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?！倍∠稣f。他認(rèn)為，當(dāng)今世界，國家之間展開了激烈的航天競爭，發(fā)展空間機(jī)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(jī)器人的研制方面還處于起步階段，但起點(diǎn)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(jìn)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(rèn)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(jī)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(jī)器人未來的發(fā)展主要有3大方向，即機(jī)器人對空間環(huán)境的適應(yīng)性和智能性的提高、多機(jī)器人發(fā)展以及機(jī)器人能源研究等三個方面，其中尤以多機(jī)器人的發(fā)展為著重點(diǎn)?！倍∠稣f。
丁希侖告訴記者，把多個小機(jī)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(jī)器人出現(xiàn)了問題，也不會影響整體計劃的執(zhí)行。此外，機(jī)器人相互之間還可以作些維修。丁希侖還認(rèn)為，把一個大的復(fù)雜的機(jī)器人的功能分到其他多個小機(jī)器人上，還可以在一定程度上降低航天探測的風(fēng)險。
據(jù)了解，丁希侖和他的研究團(tuán)隊在十年前開始空間站作業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人系統(tǒng)組織的結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)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(xué)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(xué)合作完成了原理樣機(jī)設(shè)計制作、月壤鉆探采樣器的設(shè)計、機(jī)器人系統(tǒng)通信與控制系統(tǒng)軟硬件的實現(xiàn)，進(jìn)行了各種仿真試驗和初始樣機(jī)試驗等。截至記者采訪時，他們已進(jìn)行到第三代樣機(jī)的加工制作階段。
“空間技術(shù)的發(fā)展離不開空間機(jī)器人，空間機(jī)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(jī)器人未來的發(fā)展，丁希侖告訴記者，下一步我國空間機(jī)器人的工程樣機(jī)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(jī)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(jī)器人研究隊伍。
“如果相關(guān)部門對我國首次空間機(jī)器人計劃實施的目標(biāo)定位比較得當(dāng)，我相信該計劃會取得圓滿成功?！倍∠稣f。
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