太空显身手，智能机器人施展硬功夫

近日，美国宇航局和商业航天宣布，一场备受瞩目的太空救援行动失败了。代号“连接”的太空机器人原计划将不断下坠的雨燕空间天文台推回高轨道，延长工作寿命。然而，“连接”陷入失控旋转，被迫放弃救援。

这次救援任务展现出在轨服务的旺盛需求与巨大潜力。人类迈向大航天时代的征程需要跨越重重关隘，而智能机器人加速成长、深度融入，将提供关键助力。近期，2026世界机器人大会上，智能机器人施展绝技，备受关注，或许将为航天任务增添惊喜。

“外科医生”与“清道夫”

首先说说这次遗憾收场的太空救援行动。

大家知道什么是在轨服务吗？简单地说，就是在太空中对航天器进行一系列操作，延长工作寿命，提升诸多本领，保障安全可靠，支持太空经济持续发展。

太空机器人对接目标航天器效果图

其中，轨道提升与延寿是当前在轨服务的主要任务。目标航天器受大气阻力、太阳活动等因素影响，轨道高度会逐渐下降。如果太空机器人及时前去对接，努力提升目标航天器的轨道高度，有望大幅延长其工作寿命。

例如，2020年美国MEV-1任务扩展飞行器与一颗通信卫星对接，成功帮助后者延寿5年。后续，它还能服务其他卫星。

在轨维修、升级与模块更换则是在轨服务的另一个重点领域。在高风险的太空环境中，卫星的天线、电池、相机镜头等零部件往往会加速老化或损坏。如果运营方不想采购、发射一颗新卫星，可以请太空机器人为旧卫星更换部分硬件，恢复功能并全新升级。在这方面，国外航天技术积累相当深厚，日本试验卫星早在1997年就验证了利用机械臂更换配件、补给推进剂等操作。

航天器在轨补给推进剂，被形象地比喻为“太空加油”。随着技术水平不断提高，航天器硬件越来越耐用可靠，但升空时携带的推进剂不会太多，往往限制了航天器工作更久。“太空加油”经过多国技术测试成熟后，有望成为在轨服务的主要业务，将帮助更多航天器消耗较低成本、较少时间来重启动力系统，再次获得自主维持轨道、调整姿态的能力，收获更多成果和更大的经济效益。

在上述任务中，太空机器人就像“外科医生”，通过仔细地盘旋观测，检查、评估目标航天器状态，适时开展升轨、“加油”、修理、升级等工作，还将为进一步实施在轨组装、太空制造任务积累技术和经验。

随着太空碎片日益泛滥，严重威胁航天器正常运行。科研人员规划派太空机器人前去施展各种绝招，清理轨道。而且，一些目标航天器已经“无力回天”，太空机器人可以帮助它们安全离轨，避免产生更多太空碎片，造成更大的隐患。

救援为什么会失败？

在轨服务前景光明，但救援雨燕空间天文台行动折戟，是否暴露出太空机器人一些能力隐患呢？

事实上，如果将太空机器人比喻为“外科医生”，那么它必须在极端环境中做好一场场高精度、高风险的“手术”，面临极大挑战。

未来太空机器人灵活部署卫星想象图

首先，太空机器人必须适应极端恶劣的空间条件，如近似真空、微重力、极端高低温、强辐射、复杂光照变化等。其中，极端辐射是引发太空机器人故障的重要原因之一，在地面测试中难以“完美复刻”这种环境，导致很多技术装备在太空中“水土不服”。

即使太空机器人成功抵达救援目标附近，在微重力环境中，任何微小的力道偏差都可能使两者偏离，甚至发生危险的碰撞。

其次，太空机器人与救援目标的接口标准不一致，甚至目标航天器原始设计没考虑过“迎客”，也就是所谓“非合作目标”。这时候，在轨服务缺乏合适的机械臂预留接口，太空机器人相当于“蒙眼抓取表面光滑的瓷瓶”，必须格外小心。更何况目标航天器很可能处于“非合作状态”，要么失控翻滚，要么不发出应答信号，任务风险更大。

再次，通信延迟与太空机器人的自主能力不足都给在轨服务添了麻烦。地面遥控指令在太空中并不可靠，低轨通信延迟通常达到毫秒级甚至秒级，深空通信延迟更是至少以分钟为单位。因此，太空机器人必须高度自主行动，不能过度依赖地面团队实时干预，自主做好感知环境、测量相对位置和姿态、规划接近轨迹、稳定捕获等，还要时刻准备应对突发状况。

最后，当前航天界缺乏统一的卫星制造标准，如机械、电气等外部接口不同，导致研制可靠的通用化太空机器人并不容易。由于目标航天器差别较大，太空机器人被迫“量身定制”，面临研发周期长、成本昂贵等挑战。

在这方面，强调降本增效的商业航天并非“万能灵药”。例如，“连接”从被美国宇航局选中到发射的时间不足一年，极限压缩的进度要求叠加技术验证不充分等客观原因，导致其推进器遭遇故障。这也提醒航天从业者，在轨服务不能仅看重速度和勇气，更需要扎实的技术积累。

智能跃升不怕“丢失”

既然在轨服务面临重重挑战，科研人员就有必要在智能机器人领域加大攻关力度，让太空机器人不再是“遥控机械手”。

传统太空机器人高度依赖地面预设程序，一旦遭遇突发状况，很容易“死机”失败。而智能机器人的自主进化潜力不可低估，通过与太空环境持续“互动”，不断积累经验、优化策略。

接近失控翻滚的目标卫星时，智能机器人可以精准把握目标卫星的实时运动状态，自主调整接近角度、抓取力度和对接时机。在这种能力跃升背后，科研人员需要重点攻克空间视觉与触觉融合感知技术。

未来太空机器人将与人类协作探索外星球

太空中，地球反光、太阳直射与目标阴影交错呈现，传统太空机器人依赖二维视觉，容易“丢失”目标。而智能机器人可以深度融合高分辨率立体视觉、激光雷达与柔性触觉传感器：视觉负责识别目标的轮廓与位置、姿态，触觉负责感受接触面的材质与力学状态。两者紧密协同，帮助智能机器人在未知环境中精准规划最优的抓取策略，避免抓错位置，导致目标解体或自身受损。

人工智能大模型与算力深度融合，同样是破局关键。目前，太空机器人往往需要将海量数据下传地面处理，再等待指令，容易错过良机。未来，借助智能算力卫星，智能机器人有望实现自主健康管理、动态规划任务、实时诊断故障等。

此外，地面团队可以利用计算机构建起酷似太空环境的虚拟模型，帮助智能机器人完成无数次迭代训练，如锻炼在外星球崎岖地形高效移动、摔倒后翻身恢复等高难度操作，在飞天前就大幅提升可靠性。

当然，智能“大脑”也要注重安全健康，特别是小心太空高能粒子辐射这类传统太空芯片的“隐形杀手”。随着相关技术突破，智能机器人的计算效率和可靠性将大幅升级，可能会尝试光计算。这种创新方法以光子为信息载体，天然“免疫”电磁干扰，功耗低，带宽大，非常适合航天器。

未来，太空机器人将自主群体协同，完成在轨施工、建设外星球基地等复杂任务。例如，在2026世界机器人大会上，一款航天自研重载智能机器人首次亮相。它集成了轮足底盘、双臂灵巧手，能搭载激光雷达与多组传感器，有潜力奔赴太空作业。

总之，在轨服务既是“蓝海”市场，又是检验太空机器人智能化与可靠性的“试炼场”。只有在这条赛道上下足硬功夫，持续突破感知、认知与执行等层层难关，智能机器人才能成长为人类探索太空的忠实伙伴。

来源/《中国航天报·飞天科普周刊》

文/黎明

编辑/高辰

审核/杨蕾

监制/索阿娣

本文转载自公众微信号：中国航天报

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