第五章第十节太空显身手——空间机器人
开发和利用太空的前景无限美好，可是恶劣的空间环境给人类在太空的生存活动带来了巨大
的威胁。要使人类在太空停留，需要有庞大而复杂的环境控制系统、生命保障系统、物质补
给系统、救生系统等，这些系统的耗资十分巨大。
在未来的空间活动中，将有大量的空间加工、空间生产、空间装配、空间科学实验和空间维
修等工作要做，这样大量的工作是不可能仅仅只靠宇航员去完成，还必须充分利用空间机器
人。
空间机器人主要从事的工作有：
1空间建筑与装配
一些大型的安装部件，比如无线电天线、太阳能电池、各个舱段的组装等舱外活动都离不开
空间机器人，机器人将承担各种搬运，各构件之间的连接紧固，
有毒或危险品的处理等任务。在不久的将来，人造空间站初期建造一半以上的工作都将由机
器人完成。
2卫星和其他航天器的维护与修理
随着人类在太空活动的不断发展，人类在太空的“财产”也越来越多，在这些财产中人造卫
星占了绝大多数。如果这些卫星一旦发生故障，丢弃它们再发射新的卫星就很不经济，必须
设法修理后使它们重新发挥作用。但是如果派宇航员去修理，又牵涉到舱外活动的问题，而
且由于航天器在太空中，是处于强烈宇宙辐射的环境之下，人根本无法执行任务，所以只能
依靠机器人。空间机器人所进行的维护和修理工作有回收失灵卫星，对故障卫星进行就地修
理，为空间飞行器补给物资等。
3空间生产和科学实验
宇宙空间为人类提供了地面上无法实现的微重力和高真空环境，利用这一环境可以生产出地
面上无法或难以生产出的产品。在太空中还可以进行地面上不能做的科学实验。和空间装配
、空间修理不同，空间生产和科学实验主要在舱内环境里进行，操作内容多半是重复性动作
，在多数情况下，宇航员可以直接检查和控制。这时候的空间机器人如同工作在地面的工厂
里的生产线上一样。因此，可以采用的机器人多是通用型多功能机器人。
空间环境和地面环境差别很大，空间机器人工作在微重力、高真空、超低温、强辐射、照明
差的环境中，因此，空间机器人与地面机器人的要求也必然不相同，有它自身的特点。首先
，空间机器人的体积比较小，重量比较轻，抗干扰能力比较强。其次，空间机器人的智能程
度比较高，功能比较全。空间机器人消耗的能量要尽可能小，工作寿命要尽可能长，而且由
于是工作在太空这一特殊的环境之下，对它的可靠性要求也比较高。
空间机器人在保证空间活动的安全性，提高生产效率和经济效益，扩大空间站的作用等方面
都将发挥巨大的作用。
旅居月球
到月球去定居可不是一件容易的事，首先要解决吃住的问题。没有水，人类将无法生存，那
么月球上的水够喝吗？
自从美国航空航天局（NASA）宣布它的“月球探测者”在月球上发现冰以后，人们对在
月球上生活就产生了更浓厚的兴趣。
月球是个缺水的星球，虽然在月球上发现了冰，但月球仍是一个干枯的星球。
证明在月球上确实有冰的第一个线索是在1996年发现的，当时雷达在月球火山口的底部
发现了水的证据。1998年轨道探测者号携带的仪器分析表明，月球南极和北极表面厚18英寸
的土层中含有1千万至3亿吨水。从理论上讲，采集使用这些水很简单，任何一家高校化学
实验室中的工业规模型仪器均可完成，用蒸馏器加热月球上的岩石，收集散发的水分，再用
电解设备将水分解成氢和氧。
但是，在月球上开采水以前，必须解决灰尘问题。在每一次阿波罗执行任务时，都有一
些细微灰尘污染仪器。这意味着机器人在月球上面漫游将非常艰难，甚至是不可能的。
赛戈维路想用一个称为“诺曼德探险者”的大型月球车来取代传统的空间站，宇航员可以在
车内工作。赛戈维路的同事们把它称之为月球车中的“玛丽皇后”。
诺曼德探险者号将由一个大推力火箭送到月球，并在水源丰富的地方着陆，比如靠近两
极。着陆后，它的机器人臂将它与一个辅助电源拖车连在一起。月球车和拖车拥有组合的燃
料电池和太阳能充电系统，有足够的能源，它不仅可以行走数千英里，而且可以供6名宇航
员在舒服的条件下工作生活。
赛戈维路还有一个永久居住月球的设想。用航天飞机将建筑模块带到低地球轨道，在那
里建造一个住所。再用一个小型火箭，将其推入月球轨道，在月球轨道上与一个月球着陆器
相遇，然后，降落在月球上。系统着陆后，一个安全、自给、可用的生活基地就建成了。但
是，为了乘员的安全，还必须建造一个保护罩，以防太阳磁暴。
人们到过月球之后，又把眼光放在了更远的星球上，比如木星、火星等，人们希望找到
与地球环境近似的星球，希望找到外星人，希望找到供人类居住的其他星球。
登上火星
格林尼治时间1997年7月4日17时07分，美国航空航天局（NASA）发射的火星探路者号宇
宙飞船成功地在火星表面着陆，当时正是火星上日出前两小时。全世界的电视观众都目睹了
这一壮举，它标志着人类在征服宇宙的长征中迈出了新的一步。
火星距地球1.92亿公里，无线电信号由火星传到地球需要19分30秒时间。探路者号是19
96年12月4日由德尔塔2型运载火箭在肯尼迪航天中心发射的，经过7个月的飞行，它才达到
火星，它的登陆地点位于火星的北纬19.33度，西经33.55度，它降落在一个盆地中，距美
国以前发射的海盗号飞船的降落地点约1 000公里。
尽管1976年海盗1号及2号飞船登上火星，发现火星上没有生命，但这次的不同之处在于
，探路者号飞船首次携带着机器人车登上了火星，这就是闻名世界的“索杰纳”火星车。索
杰纳的任务是对登陆器周围进行搜索，重点是探测火星的气候及地质方面的数据。
索杰纳携带的主要科学仪器有：一台质子X射线分光计（APXS），它可分析火星岩石及
土壤中存在哪种元素，并提供其丰度。APXS探头装在一个机械装置上，使它可以从各种角度
及高度上接触岩石及土壤的表面，便于选择取样位置，它所获得的数据，将作为分析火星岩
石成分的基础。
从1997年7月4日登上火星之后，索杰纳和探路者就开始传回那里的红色岩石的图像及每
日的天气情况。在火星上工作的几个月里，索杰纳共行驶了90多米，分析了岩石成分，拍摄
了500多幅照片，而登陆器的摄像机共拍摄了16 000多幅图像，发回26亿比特的科学数据。
杰纳原来的设计寿命为7天，登陆器为30天以上。然而，索杰纳却工作了3个月，是原设计时
间的12倍多。探路者的主发射机直到1997年9月27日才停止工作，它的微型辅助发射机直到1
0月6日仍发回信号，此后才陷入沉默之中。之后NASA的科学家们经过5个多月满怀希望的努
力，想再与索杰纳及探路者取得联系，但终于以失败告终，于是他们把当地时间1998年3月1
1日下午1时21分作为探路者及索杰纳的死亡时间，这是在它登陆后的第250天。登陆器和火
星车的寿命大大超出了科学家们的期望。
经过登陆器及索杰纳的探测和分析，证明了火星上具有粉红色的云彩，它主要是由灰尘
构成的，因而火星上是不会下雨的。但是在日出前可以看到近于蓝色的云层，它们是由冰粒
子组成的。据实测，7月30日下午火星上的温度为－13℃，夜间的最低温度为－73℃。火星
也有大气湍流，其气压及温度的变化很大。有关火星云层及气压变化的发现是这次考察最有
意义的成果。此外还发现，火星上至少有两种不同类型的岩石，一种含硅量较高，另一种含
硫量较高。为什么含硫量高，科学家们还没法解释，有待以后的考察解开这个迷。
