【专题】聚焦太空机器人系列文章之三:“地球同步轨道卫星机器人服务”——维修、变轨、安装载荷的全能高手

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2018年8月，美国国防先期研究计划局（DARPA）完成“地球同步轨道卫星机器人服务”（RSGS）项目的有效载荷初始设计评审，证明其设计满足目标需求。“地球同步轨道卫星机器人服务”项目拟研发和演示维修、辅助变轨等多种在轨维护与服务技术，为商业和政府在轨航天器提供相关在轨服务。


地球同步轨道卫星机器人及其目标任务示意图

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一“地球同步轨道卫星机器人服务”如何工作？

“地球同步轨道卫星机器人服务”由2011年发起的“凤凰”计划发展而来，旨在寻求突破在轨维护与服务相关关键技术，演示验证高分辨率检视、修正机械异常（展开故障）、辅助变轨、安装附加有效载荷等能力。

在轨服务卫星运行在与目标共面但轨道高度比目标低的待机轨道上，收到任务命令后，调整相位，进入转移轨道，向目标机动；接近目标过程中，通过远距离捕获传感器发现目标，并生成目标相对距离、方位等信息；基于以上信息，在轨服务卫星逼近目标并绕飞，从多个角度对目标拍照，通过计算机视觉系统计算相对位姿信息；展开机械臂后，机械臂末端的手眼视觉相机开始工作，在目标上寻找抓捕部位，一旦发现抓捕部位，利用图像处理算法计算抓捕部位的位姿，实施抓捕；抓捕目标后，进行一系列大角度机动，以计算抓捕后与目标一起构成的组合体的中心，然后利用机械臂调整组合体，使组合体中心与在轨服务卫星的推力器在一条直线上；最后通过机械臂末端执行器对目标开展各种操作。



地球同步轨道卫星机器人机械臂



二“地球同步轨道卫星机器人服务”从何而来？

2011年，DARPA发起“凤凰”计划，旨在利用空间机器人验证利用静止轨道退役卫星上的有用天线与新卫星模块在轨装配新卫星的技术。在2015财年预算中，“凤凰”计划被拆分为新“凤凰”和“地球同步轨道卫星机器人服务” 两个项目。新“凤凰”仅保留原“凤凰”的前期阶段，将在近地轨道开展有关细胞星的飞行试验，“地球同步轨道卫星机器人服务”是原“凤凰”的后期阶段及后续拓展。

2016年3月，DARPA开始征集商业合作伙伴，在未来5年以公私合作方式开展“地球同步轨道卫星机器人服务”项目。DARPA负责研发模块化硬件和软件工具包，提供机器人技术、专业知识和政府发射机会；商业公司则负责研发机器人平台，集成机器人有效载荷后形成“机器人服务飞行器”，且具有运营权。2018年8月，DARPA完成“地球同步轨道卫星机器人服务”的有效载荷初始设计评审，将机器人研发进程向前推进一大步。DARPA计划2021年开展在轨验证。



三“地球同步轨道卫星机器人服务”因何全能？

“地球同步轨道卫星机器人服务”将为后续在轨服务任务提供较全面的实践与技术标准。相关技术可用于：排除在轨航天器故障、延长寿命和拓展功能，提高在轨资源使用效率，进而使单星一次性使用方式向全寿命周期可维修维护的使用方式转变，改变航天器体系结构和研制模式。此外，相关技术还可用于破坏对手航天器，守卫己方航天器，通过“寓军于民”的方式成为太空攻防的新途径。（中国航天系统科学与工程研究院 贾平 北京空间飞行器总体设计部 王捷）



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