中国开发首个全自由度太空机器人：模拟轨道加油

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侦察卫星、遥感卫星需要经常调整姿态或变轨，燃料成了限制其工作时间的瓶颈，若能进行“太空加油和维修”则会让其活动时间大增，平均使用成本也会很低（这里的“油”指的是各种类型的燃料）。太空机器人安装的机械臂可对太空目标进行抓捕，因此还有很多其他用途。（资料图）

日前，中国航天科技集团公司五院502所自主研发了我国首个全自由度空间操作全物理仿真试验系统，并利用该系统顺利完成了我国首例在轨加注等空间操作全过程仿真试验，为我国空间飞行器在轨服务与维护领域的发展奠定了基础。
随着航天领域的快速发展，近年来，全球每年都会有百余颗卫星上天“服役”，同时，在轨失效卫星的数量也在不断刷新着太空垃圾的“计数器”。如何实现失效卫星在轨故障修复、相关模块替换以及卫星燃料的补充，让航天“老兵”再焕青春，成为各航天大国的重点研究方向。
空间操作控制是空间技术进入新时代的标志。近日，502所自主研制的首个全自由度空间机器人地面试验系统迎来了“首秀”。
锁定目标、靠近、捕捉、注液……轻巧而连贯的动作，空间机器人与目标“卫星”之间“如梦似幻”的“太空之舞”，令在现场观看试验的国家科技部专家和领导大开眼界。而该项目试验的成功成为502所向空间操作及智能机器人领域发出的“最强音”。
502所研制的轨维修维护自主控制系统突破了动目标视觉检测与跟踪测量、动目标空间三维运动轨迹辨识与预估、多自由度机械臂视觉伺服与平滑规划、空间机械臂柔顺捕获技术、空间机械臂与平台协调控制技术，实现了对空间目标的跟踪接近、位置保持、柔顺抓捕，以及抓捕后在轨加注等功能的地面仿真验证，为未来在轨维护维修机器人系统及其相关技术的可行性提供了重要试验参考，并为五院在轨维修维护专项论证的顺利开展奠定了良好基础。
早在2013年，502所瞄准未来空间在轨维修维护的需求，看准空间智能机器人的发展良机，主动出击，自筹资金，召集研发中心、SADA中心、成像事业部和推进系统部等四个部门的技术精英，组建起了空间操作控制联合攻关团队，先期开展了空间操作自主控制关键技术攻关、样机研制和地面物理试验等研究工作。
此后，该所又建成了国内首个基于6自由度气浮台和3自由度气浮台的空间操作全物理试验系统，完成了包括近距离逼近、安全停靠，双臂自主抓捕和模拟在轨加注的临近操作全过程地面物理试验，仅用一年时间就成功迈出了空间智能操作控制的第一步。
目前，在轨服务与维护重大科技专项已经列入国家日程，该项目的研究成果和相关技术储备，使得该所在抓捕操作、非合作目标临近GNC、天基碎片清除等领域走在了同行业的前面，为后续专项任务申报和攻关奠定了良好基础。


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