美國國家航空航天局測試四年的機(jī)器人首次在空間站內(nèi)完成自主飛行

在電影《太空旅客》中，亞瑟是太空飛船上的一名酒保， 同時(shí)他也是臺(tái)人型機(jī)器人。亞瑟不僅擁有可媲美人類的思維能力，并且還具備“自主學(xué)習(xí)”的能力，而他的編程初衷就是用其精湛的職業(yè)技能服務(wù)于每一位“太空旅客”。

雖然這部電影于2017年上映，不過幾乎同一時(shí)間，美國國家航空航天局也在研發(fā)一款用于服務(wù)空間站的“自主飛行機(jī)器人”。

據(jù)悉，美國國家航空航天局計(jì)劃未來將在月球軌道建立一個(gè)名為“Gateway”的永久空間站。該空間站的主要任務(wù)是為前往火星或月球的宇航員提供暫時(shí)停駐的中轉(zhuǎn)站。

雖然這個(gè)永久性空間站或許大部分時(shí)間處于“無人狀態(tài)”，但是為了能給宇航員提供一個(gè)舒適且安全的留駐空間，美國國家航空航天局研發(fā)了一款名為Astrobee的機(jī)器人，用于在無人期間可自主運(yùn)行照看空間站。

為了實(shí)現(xiàn)在空間站在無人時(shí)可有序運(yùn)行并執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，從2017年開始，Astrobee在地面上開始接受測試，直至近期在空間站內(nèi)再次進(jìn)行測試，四年間Astrobee在不斷進(jìn)步升級。

Astrobee項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人瑪麗亞·布拉特說：“在人工操作的宇宙飛船中，宇航員的時(shí)間是寶貴的資源。類似Astrobee、Robonaut以及最新的俄羅斯人形機(jī)器人這類的機(jī)器人助手正在讓宇航員獲得更多的可利用的時(shí)間，它們將接管一些目前必須由宇航員親臨的繁瑣甚至危險(xiǎn)的工作。”

Astrobee的研發(fā)目的是協(xié)助宇航員并可以在永久性空間站上自主工作。在測試之初（地面），研究團(tuán)隊(duì)將Astrobee安裝在雪橇頂部，然后利用二氧化碳噴氣推進(jìn)器使其可以在光滑的花崗石塊上移動(dòng)。

在地面進(jìn)行推進(jìn)器和導(dǎo)航系統(tǒng)的測試時(shí)，幾乎無任何保護(hù)配件。但是，當(dāng)Astrobee被運(yùn)載至太空中，研究團(tuán)隊(duì)就需要給其“穿上”保護(hù)套，以免發(fā)生撞擊意外事故。

根據(jù)美國國家航空航天局公布的資料，Astrobee的外形是一個(gè)立方體，其邊長32厘米，并且每個(gè)角都“穿上”了柔性保護(hù)套。Astrobee的中心位置裝有觸控屏幕、控制系統(tǒng)、傳感器等豐富的配置。

Astrobee的核心技術(shù)是其靈活的機(jī)動(dòng)能力。雖然其推進(jìn)系統(tǒng)依舊是通過推動(dòng)自身周邊大氣層來進(jìn)行移動(dòng)，這與地球大多數(shù)飛行器的原理相同。但是，由于Astrobee需要在微重力的環(huán)境中進(jìn)行工作，所以在推進(jìn)器的設(shè)計(jì)上會(huì)更加復(fù)雜。此外，Astrobee的電力推進(jìn)系統(tǒng)無需人工操作就可以在空間站內(nèi)的充電倉進(jìn)行自我充電。

據(jù)美國國家航空航天局介紹，Astrobee未來可在地面遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)或完全自主運(yùn)行狀態(tài)下在空間站工作。近期，Astrobee脫離對接在空間站，首次實(shí)現(xiàn)自主飛行。

Astrobee根據(jù)預(yù)先上載好的導(dǎo)航數(shù)據(jù)完成首次飛行軌跡，而所有的這些飛行計(jì)劃全部是沒有地面遠(yuǎn)程控制或宇航員直接干預(yù)下完成的。

不過對于Astrobee來說，目前仍然非常依賴提前上傳好的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行工作，而不是可以邊移動(dòng)邊逐步繪制環(huán)境并定位。畢竟如果提前上載的地圖功能太多，Astrobee管理并計(jì)算的數(shù)據(jù)也會(huì)增多，而如果上載的底圖過于稀疏，可能會(huì)影響其精準(zhǔn)定位。

對此， 布拉特解釋說： “ 這對于Astrobee來說有點(diǎn)棘手。未來我們的地圖數(shù)據(jù)將更豐富。我們試圖將它們剔除以使其快速高效，但是沒有保留足夠的功能使機(jī)器人能夠穩(wěn)固地進(jìn)行本地化， 因此會(huì)丟失很多東西。在我們較早的一些活動(dòng)中，即使我們嘗試進(jìn)行基本動(dòng)作飛行，機(jī)器人也會(huì)趨向于漂移，因?yàn)樗鼘⑹ユi定。我們的上一次測試很棒，因?yàn)檫@是我們第一次使用功能更豐富的地圖，并且本地化工作得非常好。”

在接下來的測試中， 研究團(tuán)隊(duì)希望Astrobe可以更平穩(wěn)且強(qiáng)勁地飛行。比如，在宇航員擋住Astrobee導(dǎo)航攝像頭之前進(jìn)行自主移動(dòng)。

另外，未來Astrobee還有可能配置某些如壁虎式抓取器、RFID跟蹤器和麥克風(fēng)陣列等科學(xué)載荷。布拉特希望在不久的將來可以實(shí)現(xiàn)讓多個(gè)Astrobee機(jī)器人一起在空間站工作。

此外，雖然目前Astrobee此類機(jī)器人還是以空間站內(nèi)部工作為主，但是隨著未來該領(lǐng)域的研發(fā)，或許機(jī)器人還將在空間站外部進(jìn)行獨(dú)立工作。

布拉特表示：“如果真的能擁有一個(gè)外部工作機(jī)器人，那么你就能做一些艙外修復(fù)工作而無需穿上厚重的宇航服，也不用在太空船外進(jìn)行高危工作。所以，這些機(jī)器人將為宇航員帶來安全保障。” （摘自美《深科技》）（編輯/多洛米）