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2023年4月7日，“世界機(jī)器人大賽-太空機(jī)器人大賽”組委會(huì)在長沙市組織召開工作會(huì)，就首屆太空機(jī)器人大賽的組織架構(gòu)、大賽各版塊內(nèi)容設(shè)置、各單位組織分工等內(nèi)容進(jìn)行了充分討論。

本次大賽計(jì)劃由“賽+展+特色活動(dòng)”組成，將圍繞空間機(jī)器人在我國空間站在軌運(yùn)營、在軌服務(wù)、探月工程等特殊空間環(huán)境中的應(yīng)用需求和場(chǎng)景設(shè)置競(jìng)賽內(nèi)容，形成以競(jìng)賽活動(dòng)為主，創(chuàng)新成果展示、科普活動(dòng)兼?zhèn)涞摹案呔狻贝筚?，旨在普及空間機(jī)器人相關(guān)知識(shí)，激發(fā)空間機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域科研機(jī)構(gòu)、高等院校、企事業(yè)單位等科研團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新能力，打造一個(gè)共同交流與競(jìng)技的空間機(jī)器人國際化開放平臺(tái)。

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)。”雖然人類探索宇宙空間的旅程是充滿危險(xiǎn)和挑戰(zhàn)的，但也是機(jī)器人發(fā)揮作用的最佳理想空間。

太空機(jī)器人，就是一種能在航天器或空間站上替宇航員作業(yè)的具有智能的通用機(jī)械系統(tǒng)。它具有機(jī)械臂和電腦，能實(shí)現(xiàn)感知、推理和決策等功能，可以像宇航員一樣在事先未知的空間環(huán)境下完成各種任務(wù)。

據(jù)悉，太空機(jī)器人按用途主要分為星球(月球、火星等)探測(cè)機(jī)器人和空間站應(yīng)用機(jī)器人。而國際空間站應(yīng)用機(jī)器人又可細(xì)分為空間艙外(作業(yè))服務(wù)機(jī)器人和空間艙內(nèi)(作業(yè))服務(wù)機(jī)器人。

太空機(jī)器人，作為一種典型的智能操作系統(tǒng)，其應(yīng)用正逐漸改變航天運(yùn)輸、在軌建造、在軌維護(hù)、星球探測(cè)的傳統(tǒng)模式，是未來無人、載人航天任務(wù)的重要智能手段之一。它可以在太空惡劣的環(huán)境下替宇航員完成各種危險(xiǎn)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(shí)驗(yàn)和空間飛行器、衛(wèi)星、太空望遠(yuǎn)鏡等維修和維護(hù)任務(wù)，甚至保衛(wèi)太空安全等。在載人航天探索活動(dòng)中，它可擔(dān)任載人前的探路者、載人活動(dòng)中的助手、載人活動(dòng)后的維護(hù)者的角色。在無人航天科學(xué)探索活動(dòng)中，它可以有效擴(kuò)展人類的活動(dòng)和操控范圍。

機(jī)器人銅頭鐵身，不怕受到微重力、高真空、超低溫、強(qiáng)輻射環(huán)境的傷害，無需苛刻的生存保障，是完成太空任務(wù)的完美選擇。

目前，雖然太空機(jī)器人開發(fā)和利用太空的前景無限美好，已經(jīng)被應(yīng)用于醫(yī)療、娛樂、國防、公共安全以及太空探索等領(lǐng)域并且技術(shù)越來越先進(jìn)。一些機(jī)器人完全實(shí)現(xiàn)自治，其它則需要人輸入命令。但是，太空環(huán)境和地面環(huán)境差別較大，太空機(jī)器人工作在微重力、高真空、超低溫、強(qiáng)輻射、照明差的環(huán)境中，所以太空機(jī)器人與地面機(jī)器人的要求也必然不相同，有它自身的特點(diǎn)。

首先，太空機(jī)器人的體積比較小，重量比較輕，抗干擾能力比較強(qiáng)。

其次，太空機(jī)器人的智能程度比較高，功能比較全。太空機(jī)器人消耗的能量要盡可能小，工作壽命要盡可能長，而且由于它是工作在太空這一特殊的環(huán)境中，對(duì)其可靠性要求也比較高。

國際空間站是太空機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用較多、較成功的領(lǐng)域，艙外配備了加拿大機(jī)械臂、日本實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂、靈巧機(jī)械手等，艙內(nèi)開展了機(jī)器人宇航員等機(jī)器人驗(yàn)證，形成了大中小多規(guī)格、艙內(nèi)外全范圍、工程應(yīng)用與技術(shù)驗(yàn)證并重的立體化配置格局。航天飛機(jī)遙操作機(jī)械臂是世界上第一個(gè)實(shí)用的空間機(jī)械臂，由加拿大MDA公司研制，主要用于物資搬運(yùn)、輔助航天員出艙活動(dòng)和航天飛機(jī)在軌檢測(cè)等任務(wù)。國際空間站移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)是國際空間站上最復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)，由移動(dòng)基座系統(tǒng)、空間站遙控機(jī)械臂、末端靈巧機(jī)械手及移動(dòng)傳輸器４個(gè)部分組成，主要任務(wù)是輔助空間站在軌組裝、大型負(fù)載搬運(yùn)、ORU更換、航天員艙外活動(dòng)輔助、空間站輔助維修等。靈巧機(jī)械手2008年發(fā)射進(jìn)入國際空間站，包含一個(gè)軀干和兩個(gè)機(jī)械臂，末端安裝了載荷更換工具，可配備多種不同類型的操作工具，具備開展一些精細(xì)操作的能力。

在未來太空活動(dòng)中，將有大量的空間加工、空間生產(chǎn)、空間裝配、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間維修等工作要做，這樣大量的工作是不可能僅僅只靠宇航員去完成，還必須充分利用太空機(jī)器人代替宇航員完成以下任務(wù)：機(jī)器人可以承擔(dān)各種搬運(yùn)、構(gòu)件之間的連接緊固、有毒或危險(xiǎn)品的處理等任務(wù)。在不久的將來，人造空間站初期建造一半以上的工作將由機(jī)器人來完成，可以代替宇航員完成衛(wèi)星和其他航天器的維護(hù)與修理任務(wù)，對(duì)故障衛(wèi)星進(jìn)行就地修理，為空間飛行器補(bǔ)給物資等；可以代替宇航員完成空間生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)今世界，國家之間展開了激烈的航天競(jìng)爭(zhēng)，發(fā)展太空機(jī)器人在一定程度上也是一個(gè)國家科技實(shí)力的象征。

早期，航天器上使用的機(jī)器人均是無智能的遙控機(jī)械手。如今，美國、日本、俄羅斯等國正在研制用于空間站初級(jí)階段的遙控機(jī)器人。

隨著航天活動(dòng)的發(fā)展，對(duì)未來空間站高級(jí)階段提出了全自主的要求。此外，在外層空間及星際考察中，由地面遙控航天器已不現(xiàn)實(shí)，也要求航天器向自主控制發(fā)展，因此自主機(jī)器人是未來空間應(yīng)用機(jī)器人的必然發(fā)展趨勢(shì)。

美國在太空機(jī)器人研制方面雖然起步較晚，但其后來者居上，現(xiàn)在處于世界領(lǐng)先地位，如美國的勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)車等。2011年2月24日，佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心，美國宇航局的機(jī)器人向同伴揮手說'再見'。2010年11月3日，美國“發(fā)現(xiàn)”號(hào)航天飛機(jī)前往國際空間站，在國際空間站完成一系列測(cè)試工作后，太空機(jī)器人能承擔(dān)太空行走、外星探險(xiǎn)等更加復(fù)雜、危險(xiǎn)的任務(wù)。這次進(jìn)入太空的機(jī)器人是用鋁和鍍鎳碳纖維制成的，身高3英尺4英寸(約合1米)，體重330磅。每個(gè)手臂有2英尺8英寸(約合0.8米)長。其手臂和帶有手掌的雙手被精心噴上一層涂料，還有那寬闊的肩膀和“肌肉”發(fā)達(dá)的腹部，它整個(gè)就是一件機(jī)器人珍品。為了保護(hù)自己和宇航員，它的軀干和手臂都裝有護(hù)墊，一直護(hù)到每只手的5根手指上，手指看上去并不是那種金屬骨骼結(jié)構(gòu)。眼睛安在了金色的頭部，機(jī)器人面罩后面安裝了4臺(tái)可見光攝像機(jī)。此外，為了獲得深度知覺，它的嘴部也安裝了一臺(tái)紅外線攝像機(jī)。

美國維維衛(wèi)星公司建造一種新衛(wèi)星，有望成為維修機(jī)器人和軌道加油站，服務(wù)于地球軌道上的問題衛(wèi)星。這種名為“任務(wù)擴(kuò)展飛行器”(MEV)，能夠與地球軌道需要接應(yīng)的其他飛行器接觸，與商業(yè)衛(wèi)星對(duì)接。

美國卡耐基·梅隆大學(xué)對(duì)太空機(jī)器人的研究有很長的歷史，是太空人航空航天科研任務(wù)的主要承制單位之一。該大學(xué)為私立大學(xué),以招收研究生為主。該校的機(jī)器人研究所從事過自動(dòng)駛車、月球探測(cè)步行機(jī)器人、單輪陀螺式滾動(dòng)探測(cè)機(jī)器人等。美國卡耐基·梅隆大學(xué)提出了用吊絲配重來克服重力模擬太空微重力環(huán)境的方法?？突っ仿〈髮W(xué)針對(duì)空間站所需要的既能行走又能操作功能的機(jī)器人的特點(diǎn)研制出了2個(gè)太空機(jī)器人。該型機(jī)器人是一個(gè)以第三關(guān)節(jié)為對(duì)稱點(diǎn)，總長為2.8m的對(duì)稱結(jié)構(gòu)太空機(jī)器人。這樣在機(jī)器人行走時(shí)，兩端的手爪交替抓住一個(gè)接點(diǎn)時(shí)，另一個(gè)手爪可作為操作手爪實(shí)現(xiàn)五自由度機(jī)器人操作作業(yè)。

俄羅斯在太空機(jī)器人方面的實(shí)力也非常強(qiáng)，其研制的登月機(jī)器人于1970年成功登陸了月球。2019年，俄羅斯制造的一款機(jī)器人被送上國際空間站，進(jìn)行“太空專用擬人系統(tǒng)”測(cè)試。與其他智能設(shè)備不同，這個(gè)代號(hào)為F-850的人形機(jī)器人是坐在指揮員的位置上，駕乘聯(lián)盟號(hào)宇宙飛船抵達(dá)太空的。研制這款機(jī)器人的目的，是讓它充當(dāng)人類的萬能替身從事特種工作。它的本領(lǐng)很強(qiáng)，從救援工作到駕駛汽車，無所不能。到了太空，它就要幫助人類負(fù)責(zé)一些設(shè)備的操作工作。

加拿大在空間機(jī)械臂的研究上具有世界領(lǐng)先的水平，如其為國際空間站研制的大型機(jī)械臂長15.2m，重410kg，已制造并交付使用了5套完整機(jī)械臂系統(tǒng)。每套機(jī)械臂系統(tǒng)中有2套手動(dòng)控制器分別控制3個(gè)移動(dòng)和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)等6個(gè)自由度。該臂手尖端速度為600mm/s(空載)；有效載荷的情況下的速度為60mm/s。截至目前，它已飛向太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)30多次。該臂是用氣浮方式模擬太空微重力環(huán)境，在地面上作二維水平運(yùn)動(dòng)來試驗(yàn)、維護(hù)的。

2015年6月26日，日本在東京展示小型人形機(jī)器人后，于8月由無人補(bǔ)給飛船“鸛”號(hào)送上國際空間站。據(jù)報(bào)道，該型太空機(jī)器人具備人工智能，會(huì)說日語，高約34厘米，重約1公斤。

歐洲航空局在空間站應(yīng)用機(jī)器人和星球探測(cè)機(jī)器人的研究上也具有很高的技術(shù)水平。

隨著各種航天器的增多，太空垃圾也越積越多，很容易與升空的航天器發(fā)生碰撞，釀成太空事故，這時(shí)就需要人類派出太空“清道夫”盡快清理這些太空垃圾。

清理太空垃圾的方法有兩種：一是通過遠(yuǎn)程控制的機(jī)器人給大塊垃圾安裝上一個(gè)制動(dòng)傘，使其在大氣阻力的作用下，漸漸失去動(dòng)力，最終像流星一樣墜入大氣層燒毀；二是動(dòng)用仿壁虎機(jī)器人，一面牢牢吸附在飛船上，一面用爪子抓取小型垃圾，將垃圾清理出航天器的專用軌道，確保航天器在軌道上暢通無阻。

目前，太空中有一處遍布大量廢棄衛(wèi)星殘骸的墳場(chǎng)。這是宇宙中的一處偏遠(yuǎn)地區(qū)，留著用來埋葬壽終正寢的航天器。如今，美國正在研發(fā)能夠延長太空重要設(shè)施使用壽命的技術(shù)，防止衛(wèi)星被送到墳場(chǎng)。如果該項(xiàng)目研究取得成功，那么美國將擁有一支機(jī)械臂和攝像頭的機(jī)器人，能夠?qū)πl(wèi)星進(jìn)行檢查、補(bǔ)給燃料并排除故障，讓衛(wèi)星在超過預(yù)期使用年限后依然能夠保持運(yùn)轉(zhuǎn)。它能清除距地面300千米～1 000千米的空間地帶、懸浮著數(shù)千噸的太空垃圾。這些太空垃圾主要是失控衛(wèi)星、發(fā)射過程中廢棄的火箭助推器以及撞擊碎片等。

太空機(jī)器人未來的發(fā)展主要有三大方向，即機(jī)器人對(duì)空間環(huán)境的適應(yīng)性和智能性的提高、多種機(jī)器人發(fā)展以及機(jī)器人能源研究等三個(gè)方面，其中尤以多種機(jī)器人的發(fā)展為著重點(diǎn)。如果把多個(gè)小機(jī)器人放到地球以外的星球表面去，那么它們之間可以互相配合、互相通信，提高探測(cè)和作業(yè)效率。而且，如果其中一個(gè)機(jī)器人出現(xiàn)了問題，也不會(huì)影響整體計(jì)劃的執(zhí)行。此外，機(jī)器人相互之間還可以作些維修工作。

結(jié)束語：太空是人類社會(huì)的共同資源，任何國家都可以和平利用太空，國際社會(huì)一致反對(duì)外空武器化和外空軍備競(jìng)賽，更反對(duì)把外空作為戰(zhàn)場(chǎng)，以維護(hù)外空持久和平與安寧。然而，世界有的軍事大國卻不滿足于太空短暫的旅行、建立空間站，挖空心思集空間科研力量為太空軍事化推波助瀾，將戰(zhàn)場(chǎng)從陸?？杖S空間拓展到太空。尤其是美英兩國近年來卻一意孤行，不顧國際社會(huì)反對(duì)推進(jìn)太空軍事化。2019年美國批準(zhǔn)設(shè)立美國第六大軍種——太空軍，2020年為太空軍舉行揭旗儀式，公布了太空軍組織架構(gòu)，成立太空作戰(zhàn)司令部、太空系統(tǒng)司令部和太空訓(xùn)練戰(zhàn)備司令部三個(gè)司令部。2021年，英國設(shè)立由英國皇家海軍、皇家空軍和英國陸軍，以及文職人員、商業(yè)部門的關(guān)鍵成員等組成的太空司令部。2022，，澳大利亞空軍成立“一個(gè)一體化的太空機(jī)構(gòu)”。

“誰控制了太空，誰就控制了地球，誰就取得了制天權(quán)”。在太空走向軍事化的今天，世界各軍事強(qiáng)國也都不甘心落后美英兩國半步，都把加緊研制發(fā)射新型太空武器作為大國重器，隨之而來有可能引發(fā)太空機(jī)器人大戰(zhàn)。