太空机器人：空间维修和补给的关键角色

开发和利用太空的前景无限美好，可是恶劣的空间环境给人类在太空的生存活动带来了巨大的威胁。要使人类在太空停留，需要有庞大而复杂的环境控制系统、生命保障系统、物质补给系统、救生系统等，这些系统的耗资十分巨大。

在未来的空间活动中，将有大量的空间加工、空间生产、空间装配、空间科学实验和空间维修等工作。这样大量的工作不可能仅仅只靠宇航员去完成，还必须充分利用空间机器人。

空间机器人主要从事的工作有：

（1）空间建筑与装配 一些大型的安装部件，例如无线电天线、太阳能电池、各个舱段的组装等舱外活动都离不开空间机器人，机器人将承担搬运、各构件之间的连接紧固、有毒或危险品的处理等任务。在不久的将来，人造空间站初期建造一半以上的工作都将由机器人完成。

（2）卫星和其他航天器的维护与修理 随着人类在太空活动的不断发展，人类在太空的“财产”也越来越多，其中人造卫星占了绝大多数。如果这些卫星一旦发生故障，丢弃它们后再发射新的卫星就很不经济，必须设法修理后使它们重新发挥作用。但是如果派宇航员去修理，又牵涉到舱外活动的问题，而且由于航天器在太空中是处于强烈宇宙辐射的环境之下，人根本无法执行任务，所以只能依靠机器人。空间机器人所进行的维护和修理工作有回收失灵卫星、对故障卫星进行就地修理、为空间飞行器补给物资等。

（3）空间生产和科学实验 宇宙空间为人类提供了地面上无法实现的微重力和高真空环境，利用这一环境可以生产出地面上无法或难以生产出的产品。在太空中，还可以进行地面上不能做的科学实验。和空间装配、空间修理不同，空间生产和科学实验主要在舱内环境里进行，操作内容多半是重复性动作。在多数情况下，宇航员可以直接检查和控制。这时候的空间机器人如同工作在地面工厂里的生产线上一样。因此，可以采用的机器人多是通用型多功能机器人。

空间环境和地面环境差别很大，空间机器人工作在微重力、高真空、超低温、强辐射和照明差的环境中。因此，空间机器人与地面机器人的要求也必然不相同，有它自身的特点。首先，空间机器人的体积小，重量轻，抗干扰能力强；其次，空间机器人的智能程度比较高，功能比较全；最后，空间机器人消耗的能量要尽可能小，工作寿命要尽可能长，而且由于是工作在太空这一特殊的环境之下，对它的可靠性要求也比较高。

空间机器人在保证空间活动的安全性、提高生产效率和经济效益、扩大空间站的作用等方面都将发挥巨大的作用。

1.月球车

到月球去定居可不是一件容易的事，首先要解决吃住的问题，没有水人类将无以生存，那么月球上的水够喝吗？自从美国航空航天局（NASA）宣布它的“月球探测者”（见图2-29）在月球上发现冰以后，人们对在月球上生活就产生了更浓厚的兴趣。

图2-29 “月球探测者”在月球

但是，在月球上开采水以前，必须解决灰尘问题。在每一次机器人执行任务时，都有一些细微灰尘污染仪器。这意味着机器人在月球上漫游将非常艰难，甚至是不可能的。赛戈维路想用一个称为“诺曼德探险者”的大型月球车（见图2-30）来取代传统的空间站，宇航员可以在车内工作。

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图2-30 “诺曼德探险者”月球车

“诺曼德探险者”月球车将由一个大推力火箭送到月球，并在水源丰富的地方着陆，例如靠近两极的地方。着陆后，它的机器人臂将它与一个辅助电源拖车连在一起。月球车和拖车拥有组合的燃料电池和太阳能充电系统，有足够的能源。它不仅可以行走数千千米，而且可以供6名宇航员在舒服的条件下工作生活。

“诺曼德探险者”月球车与传统的月球车的差别在于：在它的外面有一个活动罩。月球车停在着陆器边上，着陆器带着科学仪器和建筑材料包。每一个包都有一个垫子，机器人臂平整一个地方后将垫子打开，将仪器设备在垫子上放好。一切安顿好后，月球车也驶到垫子上，它的活动罩下降，与垫子形成一个临时的气密连接。当活动罩内充好空气后，乘员将仪器组装调试好。完成工作后，乘员返回月球车，并将活动罩与垫子分开，到下一个站点工作。

以后，这活动罩可以用来采集样品或维修仪器。当月球车从一个地方移动到另一个地方的时候，它还可以铺设上光缆，为永久居住提供通信装备。

2.火星探测机器人

火星距地球1.92亿km，无线电信号由火星传到地球需要19.5min。美国发射的“探路者号”宇宙飞船经过7个月的飞行到达火星，且首次携带机器人车登上了火星，这就是“索杰纳”火星车（见图2-31）。“索杰纳”火星车的任务是对登陆器周围进行搜索，重点是探测火星的气候及地质方面的数据。

图2-31 “索杰纳”火星车

“索杰纳”火星车是一辆自主式的机器人车辆，同时又可从地面对它进行遥控。设计中的关键是它的重量，科学家们成功地使它的重量不超过11.5kg。该车的尺寸为630mm×480mm，车轮直径为13cm，上面装有不锈钢防滑链条。机器人车有6个车轮，每个车轮均为独立悬架，其传动比为2000∶1，因而能在各种复杂的地形上行驶，特别是在软沙地上。车的前后均有独立的转向机构。正常驱动功率要求为10W时，最大速度为0.4m/s。

“索杰纳”火星车是由锗基片上的太阳能电池阵列供电的，可在16V电压下提供最大16W的功率。它还装有一个备用的锂电池，可提供150W/h的最大功率。当火星车无法由太阳能电池供电时，可由它获得能量。

“索杰纳”火星车的体积小、动作灵活，利用其条形激光器和摄像机，它可自主判断前进的道路上是否有障碍物，并作出行动决定。

“索杰纳”火星车携带的主要科学仪器为一台质子X射线分光计（APXS），它可分析火星岩石及土壤中存在哪种元素，并提供其丰度。APXS探头装在一个机械装置上，可以从各种角度及高度上接触岩石及土壤的表面，便于选择取样位置。它所获得的数据将作为分析火星岩石成分的基础。