國際空間站的費多爾和太空小蜜蜂

沈羨云

隨著科學技術的發(fā)展，越來越多的機器人被設計和制造出來，進入人類生產和生活的各個領域。在探索和利用太空的過程中，空間機器人同樣發(fā)揮了它們的作用，代替或協(xié)助人類在太空中進行科學實驗、出艙操作、空間探測、處理日常事務等活動。目前，在國際空間站上忙碌的不僅是航天員，一些機器人也陸續(xù)地登上空間站，成為航天員的工作伙伴。最近又有兩種機器人奔赴國際空間站，它們是機器人費多爾和太空小蜜蜂。

擬人機器人費多爾

2019年8月22日，俄羅斯聯(lián)盟2.1A火箭和聯(lián)盟MS-14飛船組成“聯(lián)盟”套裝，從俄羅斯的拜科努爾航天發(fā)射場發(fā)射升空，前往國際空間站。此行飛船中沒有宇航員，唯一的“乘客”是一個名叫“費多爾”的人形機器人。與之前被送到國際空間站的機器人相比，機器人費多爾不僅外形更像人，還“名正言順”地坐在飛船指令長的位置上，以宇航員的身份進入太空。這次太空任務，是人類航天史上首次以機器人取代飛船指令長執(zhí)行飛行。因此，它也被稱為真正的“機器人宇航員”。由于費多爾的重量和尺寸比宇航員略大一些，為了代替?zhèn)鹘y(tǒng)座椅，專業(yè)研究人員按照其大小制作了特制的鋁合金架子，以保護費多爾的組件和機械裝置免受外部因素的影響。

聯(lián)盟MS-14飛船原計劃于莫斯科時間8月24日8時30分完成與國際空間站的自動對接，但當天對接出現(xiàn)一些意外，導致對接失敗。隨后，俄羅斯飛控中心決定于8月27日早上進行第二次對接。如果第二次對接不成功的話，飛控中心可能讓聯(lián)盟MS-14飛船沉入海洋，費多爾的上天夢想也將石沉大海。幸運的是，第二次對接成功了。對接完成后，飛船與空間站進行大氣壓均衡以及接口氣密檢查，隨后空間站上的宇航員打開連接飛船的艙蓋，將費多爾迎進空間站。對接成功后，機器人費多爾在自己的“推特”上發(fā)文稱，飛船與國際空間站的對接比原計劃晚3天，它為遲到表示歉意，并稱自己已做好上班準備。

費多爾高1.8米，重約160千克，造價超過3000萬元人民幣，長相酷似電影中的“終結者”，如果好萊塢要拍攝一部講述終結者早期原型的影片，它絕對是主角的最佳人選。費多爾身體內遍布各種傳感器，可將四肢感受到的各種作用力反饋回遠端的計算設備，并根據這些受力數據做出力度恰到好處的動作。憑借這套絕活兒，它不僅能行走、開車、做俯臥撐、擰閥門、打開門鎖、操作滅火器、操作電鉆和氣焊槍，甚至還會雙手開槍和舉起20千克的貨物。此外，它還配備有語音控制系統(tǒng)，可以與宇航員隨意交流或進行任何主題的對話，從相互問候到機器人研發(fā)者情況，甚至還會開玩笑和進行哲學對話。

費多爾大約由1.5萬個部件組成，基于Linux的實時操作系統(tǒng)運行，可用普通的插座充電，充滿電后，足以工作1個小時。它既能自動工作1小時，也能由操作員通過衛(wèi)星通信遠程遙控。它采用了特殊的抗振材料和控制運動的算法，避免意外損壞國際空間站。作為太空機器人，費多爾有許多絕活。它不僅能模仿人的動作，而且具備自我學習能力，能夠訓練自己自主運動。費多爾裝備了麥克風、GPS全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)、測距激光、攝像機、熱像儀和特殊的自定位系統(tǒng)，用于收集環(huán)境信息和運動參數等數據。

費多爾已經有多年的發(fā)展歷史，最初由俄羅斯國防工業(yè)高級研究基金會與緊急情況部委托安卓技術公司開發(fā)，主要目的是用于災難救援。后來，俄羅斯國家航天集團公司“看中”了它，并支持安卓技術公司研制太空版本。這次上國際空間站的是俄羅斯“費多爾”系列機器人的最新版本之一，這款機器人采用的材料能夠經受住發(fā)射過程中的種種考驗，同時還能滿足在太空中進行各種作業(yè)的要求。

在空間站上，費多爾的行為將受到限制，以防止發(fā)生意外，對空間站造成破壞。人工智能允許費多爾自主移動和行動，它也可以在身穿全身控制服的操作人員操控下完成各項工作。但是，由于費多爾在軌時間很短，并且只是第一次到達空間站，按照太空測試項目計劃，此行只讓它完成簡單的4項任務：使用特制海綿清理空間站外殼灰塵；在工作區(qū)用手電筒為宇航員提供照明；使用鉗子等工具截斷電纜；插拔空間站內外供電系統(tǒng)連接器。如果這些測試任務順利完成的話，它可能很快將再次返回太空，并在2021年之前出艙，進行太空行走。據稱，費多爾今后關鍵任務之一還包括協(xié)助月球基地的建造和使用，另外也可能應用到其他行星上的基地建設。

太空小蜜蜂

在國際空間站里，航天員承擔著非常重要的維修和科研工作，也要進行一些瑣碎的工作。他們除了維修、維護國際空間站和進行各種實驗外，為了維持生活和健康，還要打掃衛(wèi)生、整理內務、做飯和鍛煉身體。為了減輕航天員的負擔，讓航天員有更多的時間從事更重要的工作和更好地保證航天員的休息和鍛煉，地面也派一些機器人協(xié)助航天員工作。最近，美國國家航空航天局（NASA）開發(fā)了3名新的服務機器人，組成太空小蜜蜂小組，給航天員打打下手，幫幫忙，以進一步推動太空研究。

太空小蜜蜂由位于硅谷的NASA艾姆斯研究中心研制，外形是一個邊長約32厘米的立方體，重約10千克。太空小蜜蜂小組由3個立方體形狀的機器人、軟件和智能充電塢組成。3個機器人的名字是蜜糖、女王和小黃蜂，可在微重力環(huán)境下分別從事不同工作。別看它們的個頭不大，科技含量卻挺高。它們裝備多款相機組成視覺導航系統(tǒng)，能夠在國際空間站內自主飛行并規(guī)避碰撞，并通過小型風扇“鼓風”提供飛行動力。它們發(fā)射到空間站的時間不同。蜜糖和小黃蜂于2019年4月17日被發(fā)射到空間站，女王于2019年7月25日被發(fā)射到空間站。它們經過近一個月的裝配檢查，已經完成了設備的初始化工作，可以開始服役。

這些機器人可以通過航天員、飛行控制員或地面研究人員自主或遠程控制，完成各項任務。恰如其名，這種機器人能夠像蜜蜂一樣編隊、分工合作、協(xié)同完成任務。它們除了可用于研究“如何在該環(huán)境下更好地實現(xiàn)自主飛行”外，最主要的工作就是幫助航天員或地面觀察員完成部分周期性的科學觀測或空間站的維護工作，減少航天員在日常事務性工作上花費的時間。當需要的時候，機器人可以返回它們的充電塢，自己充電。太空小蜜蜂還具備從充電到工作全自主運行的能力，能夠長時間獨立工作。

太空小蜜蜂可謂本領高強，既能充當“太空攝影師”，記錄航天員的工作生活，又能化身為“太空檢測員”，監(jiān)測空間站中的噪聲和空氣質量，還能作為“貼心管家”協(xié)助人搜尋遺忘了的工具。此外，太空小蜜蜂還配備了一個機械臂，既可協(xié)助航天員拾取物品，又能抓緊墻上的把手將自身位置固定，以借機“歇歇腳”，減少能源消耗，提高拍攝清晰度。太空小蜜蜂還可作為一個研究平臺，進行計算和編程，以便在微重力下進行實驗 。由于機器人是模塊化的并且可以升級，因此太空小蜜蜂為研究人員和科學家提供了進行各種實驗的各種功能，也是一組可升級的多功能機器人。

太空小蜜蜂不僅在目前空間站的任務中起作用，在未來NASA重返月球的任務以及其他深空任務中也可以發(fā)揮重要作用，有能力成為未來航天器的看護者。它們在機組人員不在的情況下，還能夠監(jiān)測和保持系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

機器人的使用對提高人類探索太空的能力將產生積極影響。未來，月球、火星和其他遙遠太空的航天任務將為科學研究帶來很多機會，但航天員的行動受限，機器人則可以通過自動運行或遠程操控的方式，幫助完成繁瑣、單調的工作，也可以執(zhí)行其他更重要的任務。機器人最終將替代人類在航天飛船中掌舵，費多爾和太空小蜜蜂的上天，讓人類朝這一方向又邁進了一步。