蜘蛛机器人助力太空在轨制造.doc

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1、蜘蛛机器人助力太空在轨制造“蜘蛛制造”(SpiderFab)利用蜘蛛形机器人在太空集成大型空间结构。2015年4月130,美国航天网刊登文章称，人类很快将能像蜘蛛在地面织网一样，在太空中建造巨大的空间结构。在NASA的资助下，系绳无限公司(TethersUnlimited)正在研发称为“蜘蛛制造”(SpiderFab)的太空制造系统，可利用蜘蛛形机器人在太空中集成大型空间结构。系绳无限公司首席执行官兼首席科学家罗伯特？霍伊特称，未来十年左右，“蜘蛛制造”系统将能用于建造大型无线电天线、航天器架构和太阳能电池阵列。3月4日，霍伊特在NASA“未来太空行动”(FISO)工作组会议上表示，该技

2、术的长期目标是最终实现原位资源利用，以在太空中建造基础设施，支持人类更深入地探索整个太阳系。“蜘蛛制造”技术简介霍伊特认为，当前，“在地面建造并集成所有部件然后整体发射入轨”的航天器制造模式非常昂贵且耗时，航天器尺寸还会受到折叠并放置在火箭整流罩内可展装置尺寸的限制。“蜘蛛制造”技术可降低成本并提高效率。此概念需要将碳纤维等原材料送入轨道。在轨道上，机器人利用这些材料建造桁架子结构，并将这些子结构组装并集成为大型系统。霍伊特称，这种方法的潜在效益很多，主要是可以部署比当前火箭整流罩尺寸大得多的孔径和基线等空间结构。这种方法将为各种NASA、国防部和商业太空任务提供更高的功率、分辨率、灵敏

3、度和更大的带宽。此外，太空中在轨建造的物体将比从地面发射的那些物体拥有更新、更简单和更现代化的设计，因为它们不需要经受严酷的发射环境。这将降低设计复杂度并减轻系统质量，进一步带来巨大成本节省。工作进展“蜘蛛制造”已获得“NASA创新先进概念”(NIAC)项目的两轮融资，该项目旨在鼓励研发改变游戏规则的潜在太空技术。霍伊特称，在NIAC项目资助的第一阶段中，案例研究分析显示，对于“越大越好”的系统而言，如太阳能电池阵列和望远镜部件等，“蜘蛛制造”可使其获得数量级的性能改进。霍伊特引用“新行星观察者”(NOW)空间望远镜作为说明“蜘蛛制造”潜能的一个例子。该望远镜将使用巨大的“遮星板”来阻挡

4、目标恒星的大部分星光，以对环绕其运行的外行星直接成像。传统上能建造的最大遮星板宽度约为62米，由在轨制造技术建造相同质量的遮星板，其直径可增至124米，使NOW能观测更多行星。此外，遮星板原材料会比成品的发射体积小30倍，从而可用较小且更便宜的火箭来发射。霍伊特称，所有这些好处将为NASA带来巨大成本节省，使其能投资探索的宜居行星比当前多16倍。“蜘蛛制造”系统运行方式“蜘蛛制造”概念的核心是将一个多臂机器人部署到太空以制造空间结构组件，从一个“喷丝器”排出并熔合碳纤维条，像地球上织网的蜘蛛一样沿着桁架网络爬动，最终对这些组件进行集成，制造出整个物体。“蜘蛛制造”概念需要将碳纤维等原材料

5、送入轨道。多臂机器人是“蜘蛛制造”概念的核心之一。不用将整个空间结构送入太空，未来的空间结构火箭可能仅需搭载原材料，然后在轨道上由“蜘蛛制造”系统建造而成。比起平整包装的碳纤维片材，一个完整的无线电天线将占据更多空间。系绳无限公司正致力于研发多种所需技术。例如，在NASA“小企业创新研究”(SBIR)项目的资助下，该公司已建造了一个机器，可通过类似于3D打印的工艺，在地面上用碳纤维条原材料制造轻量级的结构桁架。这个“桁架制造”(trusselator)机器的尺寸相当于微波炉，能以5厘米/分钟的速度大量生产桁架。这些桁架可组装成航天器架构及其他系统。霍伊特称,在NIAC和SBIR项目支持下

6、，公司已验证了“蜘蛛制造”概念关键工艺的基本可行性。未来计划目前，项目团队正致力于第二代“桁架制造”机器，并希望在夏季前建造好一个原型。系绳无限公司希望在未来2年内发射1颗小型“制造卫星”，以对该工艺进行在轨验证。该卫星可作为一颗立方体卫星从国际空间站部署。公司还购买了1个巴克斯特公司的商用机器人，以研究机器人如何组装桁架。霍伊特及其同事将在地面上继续研发并完善该工艺，最终发射“制造卫星-2”以在太空中进行验证，届时或许会为一个大型遮星板建造桁架结构。霍伊特称，在理想情况下，人们可在21世纪20年代初为天线和太阳能电池阵列等部件，建造大型支持结构。如果研发进展顺利，未来可使用一大批蜘蛛机

7、器人建造空间站。(冯云皓)