□空間機器人使航天器無人在軌維修成為現實，有望改變現行航天商業模式
□為人類開拓深空探測新領地，有效降低載人航天探測帶來的高成本高風險
本期邀請國防科技大學航天科學與工程學院楊樂平教授為您講述——
空間機器人：太空領域“多面手”
視點提要
太空具有微重力、高真空、強輻射等特點，其惡劣環境使人在太空中的活動風險極高。于是，科學家們開始探索用空間機器人代替宇航員工作，完成抓捕、釋放、裝配、加注、維修、巡視、采樣等多種作業任務，如美國航天飛機上的大型空間機械臂、“軌道快車”計劃中的空間機器人等，它們可協助宇航員對航天器進行在軌維修、加注等服務；美俄等航天大國研制發射的“月球車”和“火星車”則可以在天體表面行走，對天體實施觀測、采樣等探測活動。隨著機器人技術的發展，大量空間機器人應運而生，在太空領域發揮著日益重要的作用。
可讓成本昂貴的衛星重復使用
自從人造衛星上天以來，維修保障困難、生存能力弱，一直是制約衛星發展與運行的“短板”。由于無法實施在軌燃料加注，一旦燃料耗盡，衛星就難以維持正常運行的軌道與姿態，成本昂貴的衛星就意味著壽終正寢。
由于上述這些因素，衛星成了“一次性使用”的奢侈品，不僅其研制與發射費用居高不下，過分追求可靠性也使得新技術的應用發展緩慢。同時，一些大型復雜航天器發射對運載火箭提出了更高要求，也需要通過在軌裝配降低航天發射技術難度與成本。
人類實現載人航天飛行后，科學家試圖通過宇航員進行衛星在軌維修、加注服務。1984年，美國宇航員完成了一顆故障衛星的修理，但成本高、風險大，使得有人在軌服務難以推廣應用。2007年，美國首次利用空間機器人進行衛星在軌加注和模塊更換試驗，使太空無人自主在軌服務技術取得重大突破。
2011年12月，美國又提出“鳳凰計劃”，其目標是發展具有精細操控能力的多臂空間機器人，以實現地球靜止軌道廢棄通信衛星的回收利用。隨著在軌服務技術的成熟與廣泛應用，未來航天將形成“制造-發射-運行-維護-更換”新的商業模式，大大拓展人類太空活動的價值空間。
代替宇航員探尋天體奧秘
美國在上世紀60年代就將宇航員送上月球，實現了對月球的科學探測、取樣等科學活動。但由于受到高昂成本和人的生理限制，宇航員無法長時間在月球停留。事實上，自美國“阿波羅”載人登月計劃結束后，宇航員再未在月球等天體留下足跡，空間機器人成為代替宇航員開展天體深空探測的好幫手。
利用空間機器人進行深空探測不受人體生理限制，不需要復雜的環境與生命保障系統，風險系數小，成本相對低廉。前蘇聯于1970年11月發射了世界上第一個著陸到月球的天體表面運動機器人——“月球車”一號，開啟了空間機器人深空探測的先河。
1997年7月，美國發射的首臺火星表面運動機器人“索杰納號”在火星上工作了3個月，發回數以千計的圖像，讓人們第一次對火星表面及天氣情況有了全面了解。此后，“勇氣號”“機遇號”“好奇號”空間機器人又陸續登陸火星，通過鉆探獲取了火星巖石樣品及分析結果。2014年11月，歐洲“羅塞塔號”彗星探測器經過長達10年、總長超過64億公里的太空飛行，首次在一顆彗星上登陸，為人類了解太陽系生命起源提供了新的觀測手段。
空間機器人憑借在空間環境適應性和重量成本方面的突出優勢，已經成為人類深空探測的“主力軍”，其獨特作用和廣闊發展前景將成為未來深空探測新的制高點。
專家小傳：楊樂平，國防科技大學太空安全戰略研究中心常務副主任、博士生導師，國家863計劃專家，長期從事太空安全戰略、新概念航天器、在軌服務技術等方面的研究與教學工作，獲軍隊科技進步一等獎等多項獎勵。
爭奪“制天權”的先遣特戰隊
正如飛機出現之初在軍事上最先應用于偵察，后來逐步發展出戰斗機、運輸機、加油機一樣，隨著空間機器人在太空廣泛應用，未來也有可能發展形成專門的太空“戰斗機”“加油機”等新裝備。西方發達國家正利用空間機器人具備“察打一體、攻防兼備”的特點，將其發展為爭奪“制天權”的先遣特戰隊，以搶占太空軍事競爭制高點。
當前，西方軍事強國為保持軍事競爭優勢，試圖通過空間機器人充當“偵察兵”，近距離接近目標航天器，對目標航天器進行持續與詳細的偵察監視，利用其搭載的機械手、飛網、飛爪等載荷，開展對目標航天器噴涂致盲物質、實施信號干擾，甚至直接捕獲目標航天器等行動。同時，著力打造太空作戰平臺，建立天基對抗系統，將空間機器人發展成類似地面戰場的特戰隊，使其具有“短兵相接”的作戰功能。近年來，美國以在軌服務為掩護，加快發展“軌道快車”“鳳凰計劃”等多種空間機器人，可以說很大程度上是在為太空戰做準備。
