类人机器人首次进入太空 成为宇航员超级助手

福多多

2月24日，“发现”号航天飞机从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角升空。“发现”号此行搭乘6名宇航员，要向国际空间站运送一个永久性多功能舱，并为它带来一个“常驻民”，即人形机器人宇航员R2。这是人类首次将人形机器人送入太空。这也是“发现”号最后一次升空，任务结束后，它将彻底退役，下一站是航天博物馆。

机器人是宇航员的超级助手

人们经常在电视上看到宇航员在太空中工作和生活的画面，他们走出舱外太空行走、在舱内漂移、在月球表面散步，甚至那略带机械颤音的对话都让人着迷。不过，单纯从技术层面上看，宇航员们的生活一点儿也不浪漫。他们的工作充满危险，尤其是出舱活动。要是登月就更充满变数，必须进行精确控制，稍有疏忽就会永远不能返回地球。另外，一些在日常生活中再简单不过的动作，在太空中却非常困难。人类宇航员精力有限，需要找一个机器人助手。

机器宇航员（Robonaut）就是在这种情况下诞生的。它由美国宇航局（NASA）约翰逊太空中心的灵巧机器人实验室（DRL）设计，共经历了两个版本：R1与R2。此前，NASA设计的机器人更像一个有一定灵活度、能帮助宇航员的机械设备，如机械臂、起重机以及传送装置等。

R2机器人是NASA与美国通用公司制造的，它是首个进入太空的仿真机器人，它要成为空间站的“居民”——NASA计划让这款机器人长期驻守在空间站。

R2的主要组成是：头、躯干、双臂和双手，腰部以下由可以伸缩与弯曲的支座支撑，重量为149．6公斤，从腰部至头部高1．01米，主要由铝合金和非金属材料制造。严格来说，R2只有一条腿，这是NASA为了避免操纵双腿机器人带来的昂贵成本而采用的设计。但这种独腿设计并不太糟糕，它能与宇航员进行太空行走所用的脚步限制器相协调。这种机器人也能安装在轮式平台上。

如上一代产品R1机器人一样，R2具有操作太空舱外活动工具的能力，并能协助宇航员工作。安装在机器人头部的视觉传感器，以及手指上的压力传感器，使它能以接近人类的精准性动作进行操作。

相比原始的机器宇航员，R2最大的升级是拇指自由度和整体操作速度；R2的拇指具有4个自由度（完整地描述一个力学系统的运动所需的独立变量个数），移动速度也提高不少。R2能以2米／秒的速度移动重40磅（约18．1公斤）的物体，每根手指的抓力约5磅（约2．3公斤），这些数据均大大超过了一般的灵巧机器人。这种非凡的灵活性是由它的被精心设计过的手赋予的：R2的手有12个自由度，手腕则有两个自由度；R2的手指活动关节比R1多4个，拥有350个传感器与38个处理器，指尖装有接触式传感器，这使它能完成一个宇航员需要带着专用手套完成的精密任务。

航天飞机时代即将结束

航天飞机是世界上第一种往返于地面和宇宙空间，并可重复使用的航天运载器。上世纪30年代，奥地利物理学家欧根·森格尔设计了用火箭发动机作为动力装置，进行高空、高速飞行的飞机。由于设计构想和技术水平的限制，当时根本不具备实现这种飞机的可能。但人们从未停止想要研究一种能像普通飞机一样，在天地间自由往返的航天飞机。经过不懈努力，1981年4月12日，人类首架航天飞机“哥伦比亚”号成功试飞。

“发现”号是NASA研发的第三架（前两架依次是“哥伦比亚”号与“挑战者”号）能进行轨道飞行的航天飞机，也是目前NASA拥有的3架现役航天飞机之一（另外两架是“亚特兰蒂斯”号与“奋进”号）。1986年“挑战者”号失事后，“发现”号在巨大的压力下被推到前台，以完美的安全记录出色地完成了各种科研与人员物资运输任务。迄今为止，“发现”号已完成2．3亿公里的飞行里程。“挑战者”号和“哥伦比亚”号在1986年与2003年先后失事之后，“发现”号均是第一架载人重返太空的航天飞机，曾给在灾难中沮丧良久的美国民众以巨大鼓舞。

遗憾的是，由于费用高昂以及安全性问题，NASA准备停飞所有航天飞机，启用下一代航天器。在此次为期11天的飞行任务结束以后，“发现”号将会退役，这艘现存最古老的航天飞机将被运送到史密森博物馆封存。“亚特兰蒂斯”号以及“奋进”号将分别在4月和6月完成最后的太空飞行任务。以后轨道飞行任务开始由私人公司承担，而NASA的精力则转向小行星和火星探索。

下一代航天器什么样

航天飞机的时代即将结束，这多少有些伤感。令人欣慰的是，NASA的下一代航天器计划已紧锣密鼓地展开，这就是备受瞩目的“猎户座”（Orion）飞船。类人机器人长驻国际空间站将意味着，包括“猎户座”在内的新型航天器更智能化、更安全。

“猎户座”是NASA研发的新一代载人航天器，每一架可以承载4至6名宇航员，原定目标是在2015年开始载人到达国际空间站。该飞船将以还在设计状态中的“战神－1”号运载火箭来发射。二者均是NASA“星座计划”中的一部分，该计划旨在2020年送人类重返月球，并接着拜访火星等太阳系内目标。2006年8月31日，NASA将该飞船的合同授予洛克希德·马丁公司，由其负责设计、开发及建造，“猎户座”最早可能在2015年试飞。

“哥伦比亚”号航天飞机灾难和之后事故调查委员会的调查报告，以及白宫对美国航天载人航天任务现存问题的反思，是促成制造“猎户座”的重要原因。它完全替代了还在概念阶段的轨道空间飞机（OPS），后者是之前X－33试验机计划失败后被提出来作为航天飞机的代替方案。据NASA官方网站公布的资料，“猎户座”主要采用了以下几种新颖的设计：

1．飞船并没有机翼和尾翼，不再像航天飞机那样通过滑翔方式返回地球，而是像飞船那样通过降落伞降落，因而不需要复杂的气动外形和防热系统，可提高返回时的安全性。类似飞机那样的飞行器在降落时是最可能发生事故的时间段之一，用降落伞则只需要简单的动力学控制就可以保证较高程度的安全。

2．发射时飞船将与火箭串联在一起，即飞行器在火箭的顶部，而不像航天飞机那样与火箭并联，所以能远离燃烧的发动机和坠落的碎片造成的危险，完全避开泡沫材料脱落的威胁。这一点是总结了“哥伦比亚”号解体原因后做出的设计。“哥伦比亚”号在起飞时，左翼遭到从燃料箱上脱落的泡沫绝缘材料撞击，造成机体表面隔热保护层出现大面积破损，返航途中因超高温空气入侵而解体。

3．有“逃逸塔”系统。一旦在发射时出现故障，引发燃料爆炸，可迅速将飞行器分离出去，通过降落伞安全降落。航天飞机因不是采用垂直火箭驱动，很难安装类似逃逸塔的装置，这也是航天飞机安全性的一大硬伤。(来源：青年参考 特约撰稿 森堡)