太空工作者——太空机器人是什么样的？
我们知道，在过去的太空开发中，宇航员创造了许多奇迹，比如登月、在舱外捕获故障卫星、在太空修理哈勃望远镜等。但是这些活动花费多少不得而知。虽然未来开发利用太空的前景非常光明，但需要有庞大复杂的生命保障系统、环境控制系统、物资供应系统、救生系统等。，而且这些系统都很贵。据科学家预测，永久载人空间站的生命保障系统、生活系统和航天员舱外活动系统的体积约占核心舱总体积的16%，耗电量占空间站总耗电量的25% ~ 38%，研制费用占总支出的20%。还有人估计，为了保证宇航员在太空的活动，每个宇航员每天要花费50万~ 654.38+0万美元。
从这个角度来说，发展航天一定不能像在地面工厂那样，把成千上万的工程技术人员派到太空去从事各种航天材料加工、航天生产、航天组装、航天修理等操作。唯一的解决办法就是开发大量的机器人，把它们送上太空，代替人类，让它们成为劳动力的主力，宇航员的得力助手。我们可以用人体形象地比喻太空机器人。机器人就像人类的四肢和身体，它们执行各种繁重的工作，而人类的功能相当于大脑，指挥和监控所有的机械活动。航天科技产业要想拥有最高的生产力和最低的运营成本，最有效的途径之一就是在人的监督下，将机器人和高度自动化的系统结合起来，形成高度可靠、高效的人机混合系统。
众所周知，机器人是一个通用的机械系统。它和人类一样，能够提前完成未知环境条件下的各种任务，对外界环境具有感知、推理、判断和决策的功能。但必须指出的是，人们早就意识到，并不是所有的机器人都能在太空中工作，因为太空环境与地面环境有很大不同。空间机器人工作在微重力、高真空、超低温、强辐射、光照差的环境中，因此与地面机器人有很大不同。在失重状态下，只要加速度不太大，纤细的手也能移动庞然大物。比如航天飞机上的遥控机械手是复合材料制成的6自由度机械手，长15米，重400公斤。虽然它在地面上很虚弱，但它甚至连自己的体重都抬不起来。然而，它到达太空时可以举起几十吨的载荷。但凡事有利有弊。在失重状态下，只要稍微推一下物体，马上就会飞走，给操作带来很多不便，尤其是视觉识别。例如，在地面上，放置在工作台上的物体总是以固定的表面朝向视觉镜头，而在太空中，浮动的工件可以朝向任意方向的镜头。这样，空间机器人就必须有三维视觉系统和特殊的标识代码来识别物体及其方位。还要求手指能够灵活选择想要抓取的方向的物体，并具有接近、触摸、滑动、力等智能传感器，配合视觉系统完成操作任务。在失重状态下，任何物体，包括机器人本身，都处于漂浮状态，所以空间机器人必须是多臂的。一个固定器用手臂托住一个结构件稳定自己，一个机械手托住工件，另一个机械手用来完成操作任务。在高真空条件下，空间机器人的活动关节与地面机器人有着本质的区别。它需要固体润滑，解决了高真空条件下金属冷焊的问题。由于太空中的微重力环境，机械臂的动力学方程与地面有很大不同，因此空间机器人是一种特殊的机器人。
值得一提的是，被选中在太空工作的太空机器人除了能够适应太空环境外，还必须体积小、重量轻、灵活；高智能、全功能、多臂式；微功耗、长寿命、高可靠性。空间机器人在太空的主要工作是:空间建造和组装；卫星和其他航天器的维护和修理；航天生产和科学实验。
空间建造和装配是空间机器人的主要任务，尤其是在空间建造的初始阶段。一些大型结构件，比如无线电天线和太阳能电池板的安装，大型桁架和舱体的组装，都离不开空间机器人。空间机器人将承担一系列任务，如大型部件的搬运，部件之间的连接和紧固，以及有毒或危险物品的处理。据估计，太空建筑一半以上的任务将落在能进行舱外活动的机器人身上。舱外活动机器人的特点是在其末端机械手上有先进的遥控装置，可以多臂工作，并配有工具架和供应托盘。现场的计算机和专家系统给出工作指令，完成各种施工任务。
随着航天活动的深入，太空中的人类财产会越来越多。世界上许多国家向太空发射了许多航天器，其中人造地球卫星约占90%。一旦这些卫星出现故障，抛弃它们并发射新的卫星是不经济的。其次，它增加了太空垃圾，所以我们必须设法修复它们。太空机器人将把出现故障的卫星从轨道上收回，带到空间站进行修复，然后用辅助火箭或轨道机动飞行器将修复后的卫星放回太空轨道。有些航天器如果不能带回空间站维修，大多是用智能机器人在自由飞行器里执行任务，拆装一些部件，或者切割焊接部件。事实上，有许多航天器，为了延长其工作寿命，需要不断补充消耗的材料，如照相胶片、氮气、燃料、冷却剂等。在这些材料中，有些是有毒的，有些是强腐蚀性的，有些是低温冷冻的，在失重状态下很难处理。派出舱外服务机器人执行这些任务，既经济又安全，可谓两全其美。舱外服务机器人携带一个全向天线，与空间站保持通信。此外，它还配备了激光雷达和彩色立体视觉系统，用于导航和识别目标。而且机器人的手指装有触觉传感器、滑动传感器和接近传感器，腕臂装有力传感器，增加了操作的灵活性和准确性。工作需要的工具和部件可以随身携带。必要时可以乘坐喷气背包飞离空间站，执行各种任务。
舱内的机器人主要是为科学载荷服务的，所以要根据实验的要求来选择机器人，有很多品种可以选择。它们不仅执行应急和抢修任务，还执行添加反应物、收获产物、中间取样分析、收集各种样品等一系列任务。舱内机器人的存在大大降低了航天员的劳动强度和紧张程度，可以在航天员出舱时作为替身参与工作。有一种被科学家命名为“蜘蛛王”的小型舱内机器人，通过八根凯夫拉尔绳索与机器人的工作环境相连。这些凯夫拉尔绳索从蜘蛛王身体的角落延伸到工作区的触点。通过增加或减少特定绳索的张力，机器人可以在整个车间内移动，其位置精度和重复率高得惊人。
因此，无论是提高安全性，还是提高生产效率和经济效益，空间机器人在航天科技工业的生产活动中都发挥着不可估量的作用。随着航天活动的深入，航天机器人必将得到新的发展。在不久的将来，当人类重返月球，飞向火星，飞出太阳系，太空机器人将以全新的面貌展现其巨大的威力！
学习点
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
齐奥尔科夫斯基是现代航天学的创始人。他首先论证了利用火箭进行星际通信、制造人造地球卫星和近地轨道站的可能性，指出了发展太空飞行和制造火箭的合理途径，并为火箭和液体发动机结构找到了一系列重要的工程技术解决方案。他有一句名言:“地球是人类的摇篮，但人类不能永远被束缚在摇篮里。”