2023年4月7日，“世界机器人大赛-太空机器人大赛”组委会在长沙市组织召开工作会，就首届太空机器人大赛的组织架构、大赛各版块内容设置、各单位组织分工等内容进行了充分讨论。

本次大赛计划由“赛+展+特色活动”组成，将围绕空间机器人在我国空间站在轨运营、在轨服务、探月工程等特殊空间环境中的应用需求和场景设置竞赛内容，形成以竞赛活动为主，创新成果展示、科普活动兼备的“高精尖”大赛，旨在普及空间机器人相关知识，激发空间机器人相关领域科研机构、高等院校、企事业单位等科研团队的创新能力，打造一个共同交流与竞技的空间机器人国际化开放平台。


一、太空挑战人类极限，是机器人发挥作用的最佳理想空间

英国科幻小说作家亚瑟·克拉克有句名言：“在宇宙中人类并不孤独。”虽然人类探索宇宙空间的旅程是充满危险和挑战的，但也是机器人发挥作用的最佳理想空间。

太空机器人，就是一种能在航天器或空间站上替宇航员作业的具有智能的通用机械系统。它具有机械臂和电脑，能实现感知、推理和决策等功能，可以像宇航员一样在事先未知的空间环境下完成各种任务。

据悉，太空机器人按用途主要分为星球(月球、火星等)探测机器人和空间站应用机器人。而国际空间站应用机器人又可细分为空间舱外(作业)服务机器人和空间舱内(作业)服务机器人。

太空机器人，作为一种典型的智能操作系统，其应用正逐渐改变航天运输、在轨建造、在轨维护、星球探测的传统模式，是未来无人、载人航天任务的重要智能手段之一。它可以在太空恶劣的环境下替宇航员完成各种危险和难以完成的任务，如探索火星和水星等行星，搭建空间站，进行太空实验和空间飞行器、卫星、太空望远镜等维修和维护任务，甚至保卫太空安全等。在载人航天探索活动中，它可担任载人前的探路者、载人活动中的助手、载人活动后的维护者的角色。在无人航天科学探索活动中，它可以有效扩展人类的活动和操控范围。

机器人铜头铁身，不怕受到微重力、高真空、超低温、强辐射环境的伤害，无需苛刻的生存保障，是完成太空任务的完美选择。

目前，虽然太空机器人开发和利用太空的前景无限美好，已经被应用于医疗、娱乐、国防、公共安全以及太空探索等领域并且技术越来越先进。一些机器人完全实现自治，其它则需要人输入命令。但是，太空环境和地面环境差别较大，太空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，所以太空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，太空机器人的体积比较小，重量比较轻，抗干扰能力比较强。

其次，太空机器人的智能程度比较高，功能比较全。太空机器人消耗的能量要尽可能小，工作寿命要尽可能长，而且由于它是工作在太空这一特殊的环境中，对其可靠性要求也比较高。

国际空间站是太空机器人系统应用较多、较成功的领域，舱外配备了加拿大机械臂、日本实验舱机械臂、灵巧机械手等，舱内开展了机器人宇航员等机器人验证，形成了大中小多规格、舱内外全范围、工程应用与技术验证并重的立体化配置格局。航天飞机遥操作机械臂是世界上第一个实用的空间机械臂，由加拿大MDA公司研制，主要用于物资搬运、辅助航天员出舱活动和航天飞机在轨检测等任务。国际空间站移动服务系统是国际空间站上最复杂的机器人系统，由移动基座系统、空间站遥控机械臂、末端灵巧机械手及移动传输器４个部分组成，主要任务是辅助空间站在轨组装、大型负载搬运、ORU更换、航天员舱外活动辅助、空间站辅助维修等。灵巧机械手2008年发射进入国际空间站，包含一个躯干和两个机械臂，末端安装了载荷更换工具，可配备多种不同类型的操作工具，具备开展一些精细操作的能力。

在未来太空活动中，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，还必须充分利用太空机器人代替宇航员完成以下任务：机器人可以承担各种搬运、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将由机器人来完成，可以代替宇航员完成卫星和其他航天器的维护与修理任务，对故障卫星进行就地修理，为空间飞行器补给物资等；可以代替宇航员完成空间生产和科学实验。


二、发展太空机器人，在一定程度上也是一个国家科技实力的象征

当今世界，国家之间展开了激烈的航天竞争，发展太空机器人在一定程度上也是一个国家科技实力的象征。

早期，航天器上使用的机器人均是无智能的遥控机械手。如今，美国、日本、俄罗斯等国正在研制用于空间站初级阶段的遥控机器人。

随着航天活动的发展，对未来空间站高级阶段提出了全自主的要求。此外，在外层空间及星际考察中，由地面遥控航天器已不现实，也要求航天器向自主控制发展，因此自主机器人是未来空间应用机器人的必然发展趋势。

美国在太空机器人研制方面虽然起步较晚，但其后来者居上，现在处于世界领先地位，如美国的勇气号和机遇号火星探测车等。2011年2月24日，佛罗里达州的肯尼迪航天中心，美国宇航局的机器人向同伴挥手说"再见"。2010年11月3日，美国“发现”号航天飞机前往国际空间站，在国际空间站完成一系列测试工作后，太空机器人能承担太空行走、外星探险等更加复杂、危险的任务。这次进入太空的机器人是用铝和镀镍碳纤维制成的，身高3英尺4英寸(约合1米)，体重330磅。每个手臂有2英尺8英寸(约合0.8米)长。其手臂和带有手掌的双手被精心喷上一层涂料，还有那宽阔的肩膀和“肌肉”发达的腹部，它整个就是一件机器人珍品。为了保护自己和宇航员，它的躯干和手臂都装有护垫，一直护到每只手的5根手指上，手指看上去并不是那种金属骨骼结构。眼睛安在了金色的头部，机器人面罩后面安装了4台可见光摄像机。此外，为了获得深度知觉，它的嘴部也安装了一台红外线摄像机。

美国维维卫星公司建造一种新卫星，有望成为维修机器人和轨道加油站，服务于地球轨道上的问题卫星。这种名为“任务扩展飞行器”(MEV)，能够与地球轨道需要接应的其他飞行器接触，与商业卫星对接。

美国卡耐基·梅隆大学对太空机器人的研究有很长的历史，是太空人航空航天科研任务的主要承制单位之一。该大学为私立大学,以招收研究生为主。该校的机器人研究所从事过自动驶车、月球探测步行机器人、单轮陀螺式滚动探测机器人等。美国卡耐基·梅隆大学提出了用吊丝配重来克服重力模拟太空微重力环境的方法。卡耐基·梅隆大学针对空间站所需要的既能行走又能操作功能的机器人的特点研制出了2个太空机器人。该型机器人是一个以第三关节为对称点，总长为2.8m的对称结构太空机器人。这样在机器人行走时，两端的手爪交替抓住一个接点时，另一个手爪可作为操作手爪实现五自由度机器人操作作业。

俄罗斯在太空机器人方面的实力也非常强，其研制的登月机器人于1970年成功登陆了月球。2019年，俄罗斯制造的一款机器人被送上国际空间站，进行“太空专用拟人系统”测试。与其他智能设备不同，这个代号为F-850的人形机器人是坐在指挥员的位置上，驾乘联盟号宇宙飞船抵达太空的。研制这款机器人的目的，是让它充当人类的万能替身从事特种工作。它的本领很强，从救援工作到驾驶汽车，无所不能。到了太空，它就要帮助人类负责一些设备的操作工作。

加拿大在空间机械臂的研究上具有世界领先的水平，如其为国际空间站研制的大型机械臂长15.2m，重410kg，已制造并交付使用了5套完整机械臂系统。每套机械臂系统中有2套手动控制器分别控制3个移动和3个转动等6个自由度。该臂手尖端速度为600mm/s(空载)；有效载荷的情况下的速度为60mm/s。截至目前，它已飞向太空执行任务30多次。该臂是用气浮方式模拟太空微重力环境，在地面上作二维水平运动来试验、维护的。

2015年6月26日，日本在东京展示小型人形机器人后，于8月由无人补给飞船“鹳”号送上国际空间站。据报道，该型太空机器人具备人工智能，会说日语，高约34厘米，重约1公斤。

欧洲航空局在空间站应用机器人和星球探测机器人的研究上也具有很高的技术水平。


三、太空机器人，将对卫星进行检查、补给燃料并排除故障，让卫星延年益寿

随着各种航天器的增多，太空垃圾也越积越多，很容易与升空的航天器发生碰撞，酿成太空事故，这时就需要人类派出太空“清道夫”尽快清理这些太空垃圾。

清理太空垃圾的方法有两种：一是通过远程控制的机器人给大块垃圾安装上一个制动伞，使其在大气阻力的作用下，渐渐失去动力，最终像流星一样坠入大气层烧毁；二是动用仿壁虎机器人，一面牢牢吸附在飞船上，一面用爪子抓取小型垃圾，将垃圾清理出航天器的专用轨道，确保航天器在轨道上畅通无阻。

目前，太空中有一处遍布大量废弃卫星残骸的坟场。这是宇宙中的一处偏远地区，留着用来埋葬寿终正寝的航天器。如今，美国正在研发能够延长太空重要设施使用寿命的技术，防止卫星被送到坟场。如果该项目研究取得成功，那么美国将拥有一支机械臂和摄像头的机器人，能够对卫星进行检查、补给燃料并排除故障，让卫星在超过预期使用年限后依然能够保持运转。它能清除距地面300千米～1 000千米的空间地带、悬浮着数千吨的太空垃圾。这些太空垃圾主要是失控卫星、发射过程中废弃的火箭助推器以及撞击碎片等。


四、太空机器人发展，以多种机器人相互之间协同完成任务为重点

太空机器人未来的发展主要有三大方向，即机器人对空间环境的适应性和智能性的提高、多种机器人发展以及机器人能源研究等三个方面，其中尤以多种机器人的发展为着重点。如果把多个小机器人放到地球以外的星球表面去，那么它们之间可以互相配合、互相通信，提高探测和作业效率。而且，如果其中一个机器人出现了问题，也不会影响整体计划的执行。此外，机器人相互之间还可以作些维修工作。

结束语：太空是人类社会的共同资源，任何国家都可以和平利用太空，国际社会一致反对外空武器化和外空军备竞赛，更反对把外空作为战场，以维护外空持久和平与安宁。然而，世界有的军事大国却不满足于太空短暂的旅行、建立空间站，挖空心思集空间科研力量为太空军事化推波助澜，将战场从陆海空三维空间拓展到太空。尤其是美英两国近年来却一意孤行，不顾国际社会反对推进太空军事化。2019年美国批准设立美国第六大军种——太空军，2020年为太空军举行揭旗仪式，公布了太空军组织架构，成立太空作战司令部、太空系统司令部和太空训练战备司令部三个司令部。2021年，英国设立由英国皇家海军、皇家空军和英国陆军，以及文职人员、商业部门的关键成员等组成的太空司令部。2022，，澳大利亚空军成立“一个一体化的太空机构”。

“谁控制了太空，谁就控制了地球，谁就取得了制天权”。在太空走向军事化的今天，世界各军事强国也都不甘心落后美英两国半步，都把加紧研制发射新型太空武器作为大国重器，随之而来有可能引发太空机器人大战。