細(xì)胞衛(wèi)星與原位重構(gòu)*

唐丹旭，岳繼光，董延超

(同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海201804)

細(xì)胞衛(wèi)星與原位重構(gòu)*

唐丹旭，岳繼光，董延超

(同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海201804)

綜述日本、美國和德國等國家提出的細(xì)胞衛(wèi)星概念與研究現(xiàn)狀，歸納了細(xì)胞衛(wèi)星的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，建議對細(xì)胞衛(wèi)星共性技術(shù)、原位重構(gòu)技術(shù)以及活細(xì)胞衛(wèi)星開展預(yù)先研究.

細(xì)胞衛(wèi)星;原位重構(gòu);共性技術(shù)

0 引言

失效衛(wèi)星部件會產(chǎn)生“太空垃圾”.如何利用廢舊衛(wèi)星部件或更替某些部件組合成新衛(wèi)星，是太空領(lǐng)域科學(xué)家關(guān)注的重要問題.隨著皮、納衛(wèi)星的成功研發(fā)，人們希望有一種新型的“基本單元體”衛(wèi)星既能規(guī)避和處理“太空垃圾”，又能靈活地組合與分離.由于衛(wèi)星系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸受限于運(yùn)載火箭發(fā)射成本和有效載荷運(yùn)輸能力，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在著不足［1］:①針對用戶需求定向設(shè)計(jì)，其功能單一，難以批量生產(chǎn)，成本較高;②受到火箭運(yùn)載能力以及整流罩的形狀限制，結(jié)構(gòu)和尺寸都受限;③衛(wèi)星各子系統(tǒng)如通信系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)、姿控系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)等高度集成，這些復(fù)雜系統(tǒng)的制造和在地面整體裝配后再發(fā)射的過程，增加了衛(wèi)星研制的成本和周期.為此，學(xué)者們提出“模塊化衛(wèi)星”和能夠在太空“原位”做“拼接”或“分離”的“細(xì)胞衛(wèi)星”的概念.

“模塊化衛(wèi)星”(見圖1)是將衛(wèi)星各功能部件封裝為“可拆卸的功能模塊”，通過將各模塊安裝于板箱式衛(wèi)星體的通用接口上，實(shí)現(xiàn)完整的衛(wèi)星功能［2］.如果在體積約束下按照質(zhì)量對衛(wèi)星分類(見表1)，則各類衛(wèi)星均可“模塊化”.因此，以“模塊化衛(wèi)星”的名稱作為一個“獨(dú)立的衛(wèi)星類別”與表1的分類不太相配.

圖1 模塊衛(wèi)星Fig.1 Modular satellite

借用生物學(xué)中的“細(xì)胞概念”描述能夠在太空“原位”做“拼接”或“分離”的“細(xì)胞衛(wèi)星”則更為恰當(dāng).細(xì)胞衛(wèi)星是將具有一定功能的衛(wèi)星體，獨(dú)立成細(xì)胞衛(wèi)星單體.細(xì)胞衛(wèi)星單體相互之間可以連接聚合形成功能更強(qiáng)大的細(xì)胞群［3］(如圖2)，以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能.

表1 按質(zhì)量分類的衛(wèi)星Tab.1 Satellite sorted by mass

圖2 細(xì)胞衛(wèi)星Fig.2 Concept of Satlets

特殊的細(xì)胞衛(wèi)星單體可以依附于廢舊衛(wèi)星上，通過重新利用其有用部件以實(shí)現(xiàn)自身功能的完善;達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命的衛(wèi)星單體能夠脫離細(xì)胞衛(wèi)星在太空中自行分解［4］.本文以國外細(xì)胞衛(wèi)星研究為基礎(chǔ)，分析了細(xì)胞衛(wèi)星的原位重構(gòu)技術(shù)，給出了細(xì)胞衛(wèi)星的設(shè)計(jì)思路，對我國開展細(xì)胞衛(wèi)星研究工作提出了建議.

1 細(xì)胞衛(wèi)星的研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代，NASA戈達(dá)德空間飛行中心(goddard space flight center，GSFC)提出了模塊化航天器(multimission modular spacecraft，MMS)設(shè)計(jì)概念［5］.通過把航天器各子系統(tǒng)分解成若干個獨(dú)立的功能模塊，每個模塊配有標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口、電氣接口、熱控接口以及數(shù)據(jù)接口，直接連接各模塊便可實(shí)現(xiàn)航天器的整體功能，從而可以滿足多種任務(wù)需求.基于MMS理念，科學(xué)家提出“細(xì)胞衛(wèi)星”概念，其思想及結(jié)構(gòu)體系見圖3［6］.

細(xì)胞衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)一種新的低成本衛(wèi)星架構(gòu)，即通過把衛(wèi)星各子系統(tǒng)如通信系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)、姿控系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)等分解成若干個獨(dú)立的衛(wèi)星單體，每個衛(wèi)星單體物理獨(dú)立、功能獨(dú)立，采用即插即用的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械、電、熱及數(shù)據(jù)接口對各衛(wèi)星單體進(jìn)行連接，組成一個具有完整任務(wù)功能的衛(wèi)星，并且可以根據(jù)不同的任務(wù)來改變拼接方式以及增加衛(wèi)星單體數(shù)量，使衛(wèi)星功能可以“近似無限”擴(kuò)展.

圖3 細(xì)胞衛(wèi)星概念及其結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure of Satlets

進(jìn)入21世紀(jì)后，發(fā)達(dá)國家對細(xì)胞衛(wèi)星以及在軌服務(wù)的研究取得了一定的進(jìn)展.2003年，在日本新能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(the new energy and industrial technology development organization，NEDO)資助下由日本東京大學(xué)、大阪大學(xué)、OTOWA電子公司和東大阪宇宙開發(fā)協(xié)同組合(space oriented higashiosaka leading association，SOHLA)公司等聯(lián)合開展了為期5年的板塊延展衛(wèi)星(panel extension satellite，PETSAT)計(jì)劃.PETSAT計(jì)劃設(shè)計(jì)了一種邊長350 mm，厚度50 mm的衛(wèi)星面板(見圖4)，采用可靠的連接機(jī)構(gòu)鉸鏈和鎖銷進(jìn)行連接，可以根據(jù)不同的任務(wù)選擇合適的面板數(shù)量以及連接方式.這種結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)［7］:①能適用于多種任務(wù)需要，可批量生產(chǎn)降低成本并提高可靠性.②可以根據(jù)具體任務(wù)匹配合適數(shù)量的面板，打包裝載在運(yùn)載火箭內(nèi)，進(jìn)入軌道后展開，通過面板上的連接機(jī)構(gòu)形成衛(wèi)星整體，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星功能.只要保證每個面板可靠性即可免去整體衛(wèi)星系統(tǒng)的地面測試，縮短研發(fā)周期并降低研發(fā)成本.

圖4 日本PETSAT單體Fig.4 Single block of PETSAT

目前，SOHLA公司正在為PETSAT計(jì)劃研發(fā)代號為SOHLA-2的在軌演示衛(wèi)星(見圖5)，它包含5個板塊:總線功能板塊(BUS-P)，通訊板塊(COMMP)，姿態(tài)控制板塊(ACS-P)，推進(jìn)板塊(PROP-P)和任務(wù)板塊(MISN-P)，將對衛(wèi)星板塊的太空拼接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)［8］.

圖5SOHLA-2示意圖Fig.5 Concept of SOHLA-2

美國于 2012年啟動了針對地球同步軌道(GEO)衛(wèi)星重復(fù)利用驗(yàn)證的“鳳凰”(Pheonix)計(jì)劃，其主要目的是通過發(fā)射一種細(xì)胞衛(wèi)星單體，重新利用廢舊衛(wèi)星上的有價值部件(如大孔徑天線)來組建新的衛(wèi)星，從而有效降低新型空間設(shè)備的開發(fā)成本和風(fēng)險.Pheonix計(jì)劃包含多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)［6，9］:①有效載荷在軌交付系統(tǒng)(payload orbital delivery system，PODS)能夠?qū)⒓?xì)胞衛(wèi)星單體搭載于商業(yè)衛(wèi)星一并發(fā)射，進(jìn)入GEO軌道之后自動釋放，可以有效降低發(fā)射成本.②服務(wù)航天器(servicer/tender)以七自由度機(jī)械臂為基礎(chǔ)，能切割廢舊衛(wèi)星上的大孔徑天線進(jìn)行重新構(gòu)造，組裝出一個新的通信衛(wèi)星，并帶著新衛(wèi)星進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移，作為新衛(wèi)星的中繼通信站和無線能量傳輸站.③細(xì)胞衛(wèi)星單體(Satlets)，功能各異但均采用標(biāo)準(zhǔn)化接口，能夠適應(yīng)PODS和服務(wù)航天器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)接口.

目前，極光飛行科學(xué)公司(NovaWurks)已成功研制出Pheonix計(jì)劃的原型機(jī)，即高集成細(xì)胞衛(wèi)星單體(hyper-integrated satlet，HISat)，并將在細(xì)胞化集成技術(shù)實(shí)驗(yàn)(experimental cellular integration technology，eXCITe)中搭載輻射測試裝置在近地軌道進(jìn)行快速響應(yīng)輻射測量實(shí)驗(yàn)(the rapid response radiation survey，R3S)，用以驗(yàn)證HISat在細(xì)胞結(jié)構(gòu)下的高集成性功能［10-11］.如圖6所示，R3S測試裝置通過用戶自定義適配器(user defined adapter，UDA)與HISat連接，UDA是連接于HISat的接口適配器，可以為實(shí)驗(yàn)設(shè)備提供一個標(biāo)準(zhǔn)的接口，HISat和實(shí)驗(yàn)設(shè)備之間建立機(jī)械連接、電氣連接和數(shù)據(jù)連接等，能夠有效地降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備開發(fā)成本.第一個細(xì)胞衛(wèi)星初始化驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(Satlet initial-mission proofs and lessons，SIMPL)已于2015年9月成功進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)平臺搭載6 個HISat和2個太陽能電池陣與空間站完成交接，擬在太空進(jìn)行細(xì)胞衛(wèi)星據(jù)合，形成完整全新的航天器.

圖6 R3S通過UDA與HISat連接Fig.6 HISat using UDA to attach R3S device

德國柏林工業(yè)大學(xué)(TU Berlin)、卡爾斯魯厄信息技術(shù)研究中心(FZI Karlsruhe)以及亞琛工業(yè)大學(xué)(RWTH Aache)的研究人員在德國宇航中心(DLR)的資助下，聯(lián)合開展了在軌衛(wèi)星智能單體(iBOSS)項(xiàng)目［12］，開發(fā)了一種具有細(xì)胞特點(diǎn)的智能衛(wèi)星單體(見圖7).這種衛(wèi)星單體配有相關(guān)的子系統(tǒng)，通過標(biāo)準(zhǔn)化接口，可以在軌道上進(jìn)行智能重組，形成衛(wèi)星體.衛(wèi)星通過計(jì)算機(jī)迭代計(jì)算重組方式完成正確“在軌原位拼接過程”(見圖8).

圖7 單體衛(wèi)星模塊Fig.7 Single block of Satlet

這個新的設(shè)計(jì)在原位重構(gòu)和原位修復(fù)上體現(xiàn)了更多的優(yōu)勢:①在軌維修從而延長壽命;②通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)減少生產(chǎn)成本;③通過標(biāo)準(zhǔn)化接口達(dá)到整個衛(wèi)星的高重組能力.

目前，國外在細(xì)胞衛(wèi)星的基礎(chǔ)性研究方面取得了初步成果，特別是在即插即用接口的設(shè)計(jì)理念上形成了“組裝”模式，如美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室提出的空間即插即用電子(space plug and play avionics，SPA)標(biāo)準(zhǔn)［13］，這些研究為細(xì)胞衛(wèi)星的在軌更新重構(gòu)奠定了基礎(chǔ).

圖8 自重組示意圖Fig.8 Self-recombination of Satlets

2 細(xì)胞衛(wèi)星的研發(fā)意義

(1)經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)MDA公司估算，2012～2020年可能有106 顆GEO通信衛(wèi)星因燃料提前耗盡失效，30顆因其他原因不能正常工作，替換這些衛(wèi)星的成本更是高達(dá)300～360億美元［14］.若能通過細(xì)胞衛(wèi)星技術(shù)重新利用衛(wèi)星的大型天線等零部件，并集成新的衛(wèi)星，將能極大地降低發(fā)射新衛(wèi)星帶來的費(fèi)用.另一方面，傳統(tǒng)衛(wèi)星的設(shè)計(jì)對零部件的可靠性要求極高，其總線能適配的部件很少且需要專門設(shè)計(jì)，這就導(dǎo)致能夠符合衛(wèi)星設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制造商很少.如果采用細(xì)胞化技術(shù)，由于細(xì)胞衛(wèi)星整體具有較強(qiáng)的冗余度，對于每個細(xì)胞衛(wèi)星單體的可靠性要求相比傳統(tǒng)衛(wèi)星要低很多，從而有更多的制造商甚至非太空硬件行業(yè)的制造商能夠參與細(xì)胞衛(wèi)星單體的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)批量化，降低成本.客戶只需選定幾種特定的單體，通過單體之間的聚合便可形成任務(wù)所需的衛(wèi)星.分析歷史數(shù)據(jù)并對未來趨勢做出預(yù)測評估，細(xì)胞化技術(shù)使衛(wèi)星生產(chǎn)成本相對傳統(tǒng)衛(wèi)星降低1～2個數(shù)量級(見表2)［15］.

(2)滿足實(shí)時任務(wù)需求

傳統(tǒng)衛(wèi)星由于是根據(jù)任務(wù)定制化設(shè)計(jì)的，面對突發(fā)情況，無法在太空更換設(shè)備和部件.而細(xì)胞衛(wèi)星可以在太空中根據(jù)任務(wù)需求重新組合改變形態(tài)，從而改變或增強(qiáng)其功能，以適應(yīng)臨時任務(wù).因此細(xì)胞衛(wèi)星相比傳統(tǒng)衛(wèi)星具有更強(qiáng)的實(shí)時任務(wù)處理能力.

(3)推進(jìn)航天技術(shù)發(fā)展

細(xì)胞衛(wèi)星可以讓地面上更新的設(shè)備和技術(shù)直接應(yīng)用到太空中現(xiàn)有的航天器上.采用細(xì)胞化與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可以將新的航天器封裝為細(xì)胞衛(wèi)星單體添加到已存在的細(xì)胞衛(wèi)星上做原位重構(gòu);從而推進(jìn)空間處理技術(shù)的研發(fā).航天器研發(fā)重點(diǎn)將從“地面模擬技術(shù)”提升到“太空原位重構(gòu)技術(shù)”.

表2 傳統(tǒng)衛(wèi)星與細(xì)胞衛(wèi)星的比較Tab.2 Comparison of typical satellite at various size，with traditional above and satelized below

3 細(xì)胞衛(wèi)星的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

按照目前人們對細(xì)胞衛(wèi)星的認(rèn)識水平，細(xì)胞衛(wèi)星的關(guān)鍵技術(shù)可歸納為硬件技術(shù)和軟件技術(shù)兩方面.其中硬件技術(shù)包括:

(1)外殼結(jié)構(gòu)的簡易性和穩(wěn)定性

針對太空的極端環(huán)境，細(xì)胞衛(wèi)星的外殼需具有恒溫防輻射的結(jié)構(gòu)，隔離內(nèi)部器件保證其正常工作.且外殼應(yīng)采用簡易的對稱結(jié)構(gòu)，如立方體結(jié)構(gòu)，為衛(wèi)星的重組和擴(kuò)展提供更大的靈活性.

(2)標(biāo)準(zhǔn)化接口

每個衛(wèi)星單體都有通用的標(biāo)準(zhǔn)化接口，主要完成4項(xiàng)任務(wù):機(jī)械連接、電氣連接、數(shù)據(jù)連接和熱控連接.PETSAT計(jì)劃中的細(xì)胞衛(wèi)星是以板塊延展的方式在軌重建衛(wèi)星體，其連接裝置是柔性的銷鎖結(jié)構(gòu)，按照一定的次序展開，可以重構(gòu)成多種形狀［7］.德國的iBOSS項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了一種接口［12］(見圖9)，機(jī)械接口由靜態(tài)導(dǎo)向元件、耦合裝置、驅(qū)動部分組成，是一種公母一體化的機(jī)械接口.在機(jī)械接口附近安裝對稱的受載彈簧觸片用于電氣連接，而對接中心為一柔性焦距透鏡組，內(nèi)部連接光纖數(shù)據(jù)總線，允許高達(dá)幾個Gbit/s的雙向通訊，在完成機(jī)械連接的同時完成電氣連接和數(shù)據(jù)連接.

(3)并網(wǎng)供電

細(xì)胞衛(wèi)星的整體供電有兩種方案可供選擇: 1)在每個細(xì)胞衛(wèi)星單體上都集成太陽能電池板，各自能夠生產(chǎn)電能，在脫離整個細(xì)胞衛(wèi)星時仍然能夠獨(dú)立工作;2)在特定衛(wèi)星單體上集成大量太陽能板，由這些單體向整個細(xì)胞衛(wèi)星供電.而由于聚合后的細(xì)胞衛(wèi)星單體之間可能存在相互遮擋情況，第一種方案不具有普遍適用性，PETSAT計(jì)劃中的細(xì)胞衛(wèi)星由于單體呈扁平化，在軌展開后單體之間沒有重疊所以采用的是第一種供電方案.而iBOSS的細(xì)胞衛(wèi)星單體為立方體結(jié)構(gòu)，重構(gòu)之后是呈堆疊狀，采用的是第二種方案.

圖9 中心對接裝置Fig.9 Components of central docking device

(4)在軌重構(gòu)方法

細(xì)胞衛(wèi)星在軌重構(gòu)應(yīng)按照:建模、推斷約束、優(yōu)化求解的步驟來進(jìn)行.在iBOSS計(jì)劃中，首先根據(jù)任務(wù)需求利用貪婪算法確定所需的細(xì)胞衛(wèi)星單體種類和數(shù)量進(jìn)行建模，再根據(jù)初選出來的模型推斷出相關(guān)約束條件如功耗等，形成一個細(xì)胞衛(wèi)星的本體，然后由推理機(jī)引導(dǎo)出本體重構(gòu)規(guī)則，如單體方向、單體之間的相對位置等，最后采用進(jìn)化算法來處理這些規(guī)則，計(jì)算出可行的拼接方式，選出最優(yōu)變形策略.

(5)重組后的協(xié)同性

細(xì)胞衛(wèi)星單體重構(gòu)后將組合為一個大型衛(wèi)星系統(tǒng)，每個單體都有一個微處理器，用于處理單體內(nèi)部的信息流，而整個系統(tǒng)則構(gòu)成一個多核處理器.要管理如此龐大數(shù)量的CPU，其結(jié)構(gòu)需要精心設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的兼容性、容錯性以及網(wǎng)格計(jì)算等功能.

(6)具備處理異常的能力和介入能力

若在變形過程中發(fā)生單體間碰撞或因?yàn)閷涌跓o法穩(wěn)定連接等情況，系統(tǒng)應(yīng)能及時做出應(yīng)對措施，諸如更換對接面、改變目標(biāo)形態(tài)等.對于某些特殊情況，如最高級指令的下達(dá)，由于系統(tǒng)本身的不完備，僅靠細(xì)胞衛(wèi)星單體的自主控制難以達(dá)到最佳效果，因此要求組合后的系統(tǒng)具備介入能力，保證多細(xì)胞衛(wèi)星系統(tǒng)安全可靠地工作.

(7)地面支持技術(shù)

地面仿真和環(huán)境模擬是解決細(xì)胞衛(wèi)星可能遇到的阻礙物和故障最有利的辦法.建立細(xì)胞衛(wèi)星模型和模擬環(huán)境是關(guān)鍵.地面支持裝備與技術(shù)的研發(fā)有助于細(xì)胞衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化、自主組合與分離試驗(yàn)以及原位重構(gòu)控制策略調(diào)試.

4 關(guān)于中國細(xì)胞衛(wèi)星的研發(fā)建議

(1)細(xì)胞衛(wèi)星共性技術(shù)研究

1)基于細(xì)胞衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì).與傳統(tǒng)定制型衛(wèi)星設(shè)計(jì)不同，要開展細(xì)胞衛(wèi)星的協(xié)同功能、能量供給、聚合與分離機(jī)制及其設(shè)計(jì)方法的研究.

2)細(xì)胞衛(wèi)星的一致性和標(biāo)準(zhǔn)化問題.采用細(xì)胞架構(gòu)實(shí)現(xiàn)空間安裝與重組，首先要解決每個衛(wèi)星單體的標(biāo)準(zhǔn)化及一致性問題，諸如:模塊化電源標(biāo)準(zhǔn)、對接機(jī)構(gòu)與電氣接口、通信協(xié)議以及控制系統(tǒng)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化及一致性，為細(xì)胞衛(wèi)星空間原位重構(gòu)奠定基礎(chǔ).

3)細(xì)胞衛(wèi)星的聚合與分離機(jī)制.細(xì)胞衛(wèi)星不是簡單堆疊在一起，而是有邏輯有次序地、根據(jù)任務(wù)的性質(zhì)，采取不同的控制方案，研究重構(gòu)算法，科學(xué)地選用細(xì)胞衛(wèi)星并高可靠的有序拼接與解散，實(shí)現(xiàn)空間原位組裝與分離.

(2)細(xì)胞衛(wèi)星原位重構(gòu)技術(shù)研究

1)研究細(xì)胞衛(wèi)星自組織方式的原位重構(gòu)技術(shù).解決可靠通信、主動組合、優(yōu)化任務(wù)、協(xié)同工作(如按需分配能量)以及重構(gòu)策略尋優(yōu)算法等問題，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞衛(wèi)星原位重構(gòu)的自主模式.

2)研究對接裝置精準(zhǔn)定位技術(shù).細(xì)胞衛(wèi)星重構(gòu)是以單體間相對位姿的精確測量為基礎(chǔ)，研究星間測量技術(shù)并輔以視覺識別技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對接過程快速高效進(jìn)行.

3)研究具有標(biāo)準(zhǔn)接口的機(jī)械臂輔助重構(gòu).僅靠細(xì)胞衛(wèi)星單體間通過接口旋轉(zhuǎn)展開等完成重構(gòu)動作可能會存在局限性，如果輔以機(jī)械臂可以完成更大難度的變形.機(jī)械臂可通過固定端和自由端的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)在細(xì)胞衛(wèi)星表面移動(見圖10)，將機(jī)械臂固定端由A變換到B位置.

(3)“活細(xì)胞”衛(wèi)星預(yù)研

細(xì)胞是一切生命機(jī)體(包括動植物及微生物)的基本結(jié)構(gòu)單位.本文所闡述的細(xì)胞衛(wèi)星主要采用了“基本結(jié)構(gòu)單位”的概念，注重于細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).而真正的“活細(xì)胞”的共同特點(diǎn)是:能進(jìn)行物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)移和貯存、能自身進(jìn)行分子合成且能有效調(diào)控自己生命活動的最小結(jié)構(gòu)單元.借助于仿生學(xué)概念，研究“活細(xì)胞”衛(wèi)星則更具創(chuàng)新意義.“活細(xì)胞”衛(wèi)星單體將具有生物學(xué)細(xì)胞的繁殖、吞噬以及凋零特點(diǎn).開展在“活細(xì)胞”衛(wèi)星單體中植入“3D打印設(shè)備”實(shí)現(xiàn)“繁殖”;植入“切割設(shè)備”實(shí)現(xiàn)“吞噬”;植入“‘廢變能’設(shè)備”(將衛(wèi)星報(bào)廢零部件變成能量材料消耗掉)實(shí)現(xiàn)“凋零”等預(yù)研工作;具有“猜想”性和“挑戰(zhàn)”性.

圖10 機(jī)械臂輔助重構(gòu)Fig.10 Recombination assisted by robotic arm

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Satlet and In-Situ Reconfiguration

TANG Danxu，YUE Jiguang，DONG Yanchao
(College of Electronics and Information Engineering，Tongji University，Shanghai 201804，China)

This paper reviews the development of Satlet.A new concept is proposed by developed countries such as Japan，America and Germany.And the approach to realize Satlet is concluded.It is recommended to initiate the research on general Satlet technology，in-situ reconfiguration technology and bionic Satlet.

Satlet;in-situ reconfiguration;general technology

V423.4

A 文章編號:1674-1579(2016)05-0025-06

10.3969/j.issn.1674-1579.2016.05.005

唐丹旭(1992—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榭刂乒こ?岳繼光(1961—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檫^程控制與計(jì)算機(jī)控制;董延超(1982—)，男，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)視覺.

*國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61305023)和CAST創(chuàng)新基金項(xiàng)目.

2016-03-09