太空轨道上的“机器人总动员”
时间：2020-12-14 12:05:11 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
请“瓦力”上太空
许多年以后，地球上堆满了垃圾，变得荒无人烟，草木不生，人们被迫转移到太空船上居住，并请机器人清理地球，机器人“瓦力”就这样干起了清理地球垃圾的工作。在日复一日的单调工作中，“瓦力”渐渐有了意识，开始向往人类的爱情生活。有一天，一个叫“伊娃”的女机器人从天而降，“瓦力”爱上了它，并和“伊娃”一起帮助人类重返地球
这是电影《机器人总动员》中描述的情节。电影中的机器人有了浪漫的爱情，自然很“科幻”。然而，假若去掉浪漫，将“堆满垃圾”这样的描述放到太空中，再将“瓦力”也请到太空中为地球日益拥挤的卫星轨道“清理垃圾”，科学家大概就不会觉得有多么“科幻”了。因为地球轨道上确实布满了垃圾，人们现在真的需要“瓦力”这样的机器人去“清理垃圾”了。
在《机器人总动员》中，堆满地球的垃圾来自人类高度物质化的地球文明，而今天遍布地球轨道上的“太空垃圾”也同样如此，它们包括各种退役和失效的人造卫星、大小不一的卫星碎片、各种散落于轨道上的卫星零部件等等。这些东西不仅对运行中的卫星构成威胁，还有可能坠人地面。2011年10月，德国的x射线观测卫星“伦琴”就让人们大吃一惊。这颗于1999年退役的废弃卫星重约2吨，于2011年10月23日坠入孟加拉湾。尽管这颗卫星在进入大气层时烧掉了一部分，但剩余部分依然十分可怕。经过计算，如果“伦琴”再晚10分钟进入大气层，那么它的坠落地点就不是孟加拉湾，而是北京了。
幸亏这样的事目前并不是很多，但情况却正在变得越来越糟。统计表明，现在平均每年都会有一颗卫星被发射到错误的轨道上，或者不能有效地启动重要部件开展工作，这些卫星在它们生命的起始阶段就陷入了困境。还有一些卫星用完了它们的燃料，它们的运行生涯也不得不因此而结束。
有没有办法纠正卫星上的错误呢？有，这就是太空维修。通过太空维修，人们可以为卫星更换部件或者补充燃料，失效的卫星可以重获新生，废弃的卫星可以得到清理，这不仅节省了大量金钱，还能保证邻近卫星的安全，避免卫星碰撞事故的发生。在此前，太空维修多由宇航员来完成，其中令人瞩目的成就便是宇航员成功地在太空中维修了哈勃太空望远镜。事实证明，由人来从事这种工作的优势是明显的，因为在太空维修的过程中，预料不到的事时有发生，完全靠程序行事的机器人在那种时候容易“一筹莫展”，而人则能“随机应变”。在宇航员使用航天飞机五次为哈勃太空望远镜实施维修的那段时间，他们也对一些商用卫星实施了维修。毫无疑问，人类在太空维修中的表现是非常出色的。
“太空巡视员”与“太空鱼叉”
然而，2003年的“哥伦比亚”号失事悲剧，使人们变得谨慎起来，他们意识到，把宇航员送到太空轨道上从事维修工作是危险的，而使用机器人风险就会小得多。与此同时，近10年来的科技进步也为机器人进入太空维修领域打下了坚实的基础，这预示着，人们确实可以考虑让“瓦力”这样的机器人在太空中大显身手了。
科学家认为，对于太空版的“瓦力”来说，最简单的工作就是做一个“巡视员”，即检查轨道上的卫星是否出现了损坏。它要接近卫星，前前后后地查看，确定卫星是否被陨石和太空垃圾击伤，这是杜绝卫星碰撞的第一步。
然而，对于机器人来说，这项工作也并不简单，因为太空中极强的亮光有可能搞乱机器人的图像识别程序，所以强大的数据处理能力对这种机器人来说至关重要。2005年，美国军方实验了一个这种类型的“太空巡视员”。这个名叫“XSS-11”的卫星在太空中运行了1年多，拍摄了许多在轨卫星的图像，甚至包括将它送入轨道的“米诺陶1”号运载火箭。然而仅仅靠近卫星拍摄图像是不够的，要想在轨道上一展身手，太空机器人必须具备移动卫星的本领，它要接近目标，轻轻移动它，并且绝不能制造出新的太空垃圾。
所以，一只能灵巧工作的“抓手”就显得非常关键了。它要安全地将卫星捕获，又不能有所失误和弄碎卫星，而做到这一点在太空中并不容易。德国科学家奥兰阿尔布·舍费尔正带领他的团队研制一种“太空抓手”。这位科学家这样描述“抓手”在太空中的工作状态：“如果你面对一个正在翻滚的卫星，而你又没有能够很好地抓住它，那么它最有可能出现的情况就是翻滚得更加厉害。”
正因为如此，人们有关“太空抓手”的概念便千奇百怪，充满了奇思妙想，例如能罩住目标的“蜘蛛网”、像海葵一样的机械夹子等等。在未来，“太空抓手”有望发展成一个种类繁多的大家族。
“抓手”要对付的并不仅仅是卫星，它还要面对各种各样的太空碎片。这些碎片最有可能出现的地方是地球低轨道，那里和地面的距离小于2000千米，是大量太空垃圾活动的地方，其中一半来自航天器的爆炸和碰撞。这些垃圾的危害性并不仅仅表现在容易造成更多的碰撞，它们还在很大程度上阻碍着人类下一步太空计划的实施。根据欧空局科学家路易莎-因诺琴蒂的判断，要保证以后的航天计划顺利进行，人们不得不发展更加高效的清除太空碎片的技术。为此，因诺琴蒂研究了许多不同种类的对付太空碎片的“太空抓手”。其中一件新颖的“抓手”由英国Astfium公司推出，是一种类似鱼叉的装置，安装在负责清理太空垃圾的卫星上，用它捕捉太空垃圾的方法就是直接射向需要清除的目标。Astrium公司的设计者还为“鱼叉”连接上了一个减速装置，这样刺向目标时就既能刺穿目标的金属表面。又不会因过于猛烈而导致目标破碎。一旦“鱼叉”刺中了目标，卫星便靠鱼叉上的倒钩将其拉回，并弄进大气层焚毁。
太空机器人“德克斯特”
地球低轨道的确是未来太空机器人可以大显身手的地方，所以科学家此前的研究也多将重点放在那里。然而，一个好用的太空“瓦力”还应该帮助机器人清理地球同步轨道。那里是通信卫星的工作“专区”，处于赤道上空35000千米的地方。将那里的失效卫星带进地球大气层焚毁很难办到，所以在地球同步轨道，卫星在用尽燃料前通常将自己提升一定的高度，从而进入一个稳定的“墓地”轨道。但有些失效卫星已经无法提升自己了，它们需要外来的帮助才能进入“墓地”轨道，这就是美国ViviSat公司正在设法解决的问题。ViviSat公司设计了一种名为“任务扩展飞行器”的太空船，其职责是专为在轨卫星提升轨道高度或者为它们加注燃料，具体方法是：首先与目标卫星实现对接，然后展开相应的作业，如为卫星提供推力让失效卫星进入“墓地”轨道，通过维修或加注燃料恢复卫星的运行。这样一来，卫星的寿命就会大大延长，航天成本也会大幅度下降了。
