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天基機器人

1.新高地

在作戰中致勝的關鍵步驟是占領“高地”,從這種俯瞰的位置更容易監視敵人,也更容易打擊敵人。在現代戰爭中,占據高地就意味著控製太空,因此,通信、導航、照相偵察、電子偵察、信號、偵察以及戰略武器係統都在很大程度上取決於太空作戰。在今後一二十年內戰爭的焦點是控製這個“高地”,各國都將發展極為有效的軍用空間站和天基武器係統,而機器人技術正是產生這些非常完善的係統的要素之一。人們在和平時期將不斷向太空進軍,然而,核抽運X射線激光器、電磁軌道炮和帶電粒子束所構成的作戰環境將極大地危害人們的生命。因射線、波束和粒子束釋放而造成的泄露,將對太空平台上的人員造成傷害,機器人太空平台是太空武器的唯一的選擇。

在目前所有環繞地球飛行的係統中,至少有四分之三具有軍事用途,其中絕大部分是無人的。軍用衛星對戰略和戰術行動都是必不可少的,天基機器人是國防機構越來越依賴的耳目。

2.空間站及其機器人

即使是有人空間站計劃也需要大量的機器人和自動化裝置。建造空間站對國家安全至關重要,同時也能為民用事業服務。前蘇聯擁有永久性空間站,“聯盟”號宇宙飛船在地球和“禮炮”空間站之間運送宇航員和給養;美國的空間站計劃涉及的範圍更廣,它的航天飛機能運送研究器材和宇航員。未來的空間站可作為太空武器平台和特種天基部隊(人或機器人)的基地,可對抗敵方的衛星、空間站、空間戰略防禦網及任何地麵目標。

美國國家宇航局在1984年的一項研究中評估了可能采用的空間站的設計和構想,認為空間站和載人計劃一般要包括先進的自動化、機器人和人工智能技術的廣泛使用。其中某些技術目前已能夠為空間站所采用,但大量引入則還需要在機器人技術的開發和完善方麵投入不少經費。

美國國家宇航局分析了機器人和自動化技術帶來的最明顯的好處。看來,宇航員將更多地作為利用空間站的管理者,而較少作為擔負一般職能的操作者。專家係統和先進的機器智能的采用足以使站上人員不依賴地麵控製台即可識別、判定、維修和排除不正常狀態,因此,宇航員們可獲得較大的自主性。

機器人運載工具和係統將減少人員在危險場合的工作,比如飛行器外的活動(即空間站外),包括加注燃料的作業和在很高的同步軌道上進行與衛星有關的操作。機器人能夠承受特殊的有害輻射。

使用機器人空間站對商業和工業應用具有更強的通用性和適應性。無人係統的使用可使生產效率提高,成本降低。伴隨著空間機器人和自動化技術的進展,將會帶來經濟利益;空間領域的機器人技術同樣適用於地球上的危險性場合,如大洋深處、核電站以及戰場。

(1)進行空間機器人應用研究的公司

在一項評估機器人和先進的自動化係統如何最有效地應用於空間站的研究項目中,美國國家宇航局與數家航空公司簽訂了具體應用領域的研究合同。波音公司試製了一種人機接口,並認為到90年代中期開發一種初級的艙外機器人係統在技術上是可行的,到2010年可望研製出更複雜的艙外機器人。使用這種比人稍大的機器人將減少宇航員的常規和危險工作,增加在空間站周圍的艙外活動。

砷化镓晶體和微電子-芯片製造廠商的初步工作具體體現在通用電氣公司生產的自動化機械中,該公司發現,為太空實驗室製造的機器人和遙控裝置需要采用比目前地球上的設備輕得多的材料,以符合微重力環境運動學和動力學,所以首先要研製可進行維護、修理和設備更新的“智能”工具。

休斯公司研究了分係統控製和任務操作的自動化,重點研究宇航員的操作。考慮到電源、熱控製和通信問題,休斯公司提出應當把自動語音識別及合成與人機接口結合在一起,實現對空間站的指揮與控製。采用自動化裝置能夠檢測和隔離空間站的故障,並作出相應的修複動作。

馬丁·馬麗埃公司研究了2000年的空間站在裝配、結構、維修和調整方麵的自動化。他們認為自動化技術將迅速發展,並告誡人們,空間站的設計必須適應這種發展。比如進出路徑、艙內通道和工作現場的“休息處”應當有足夠的空間,還要考慮擴展已有控製設備功能的支援設施。馬丁·馬麗埃塔公司預言,太空基地在初期需要投入大量人員,但最終需要人來做的隻有管理和處理意外事件等工作。

TRW公司致力於研究空間站的衛星自動管理,包括支援低地球軌道衛星和軌道信息處理設備、裝載有效載荷,並由可回收的軌道運載器管理地球同步衛星。TRW公司認為,衛星的管理要求加速采用遙控設備,但仍然需要由人員處理各種各樣意想不到的事情。

(2)美國國家宇航局的機器人運載器

①宇宙拖船

國家宇航局的近期計劃中包括在空間采用幾種機器人運載器和係統。軌道機動運載器(OMV)通常稱為宇宙拖船,是一種遙控飛行器,用於增大航天飛機的作用範圍。它先由航天飛機運載到高空,然後被發射到2254公裏以外,在很高的軌道回收衛星。這些衛星由航天飛機上的人員維護或送回地球修理。然後,軌道機動運載器可以把它們重新置於原來的位置上。美國國防部證實,這樣一來,由於延長了衛星的使用壽命,可節省大量費用。

這種機器人運載器由地麵站的人員通過手動控製器操縱。LTV、馬丁·馬麗埃塔和TRW公司都參與了這項合同的競爭,而國家宇航局在1986年7月將它包給了TRW公司。國家宇航局希望在90年代完成該項工作。這種宇宙拖船還將與空間站一起清除太空垃圾並完成各種建站工作。

②軌道運載器(OTV)

另一種試驗性的無人運載器是軌道運載器。設想將它作為一種高空平台,能夠在離地球35900公裏的高空進入同步軌道,運送有效載荷。之後,它能夠自己返回,以便再次使用。國家宇航局設想使軌道運載器既能停留在太空,又能往返飛往於地球與太空之間。美國國防部和國家宇航局對一種名為“達特”(DART)的係統十分感興趣,它還在由匹茲堡的太空技術國際公司進行研製。該公司估計,這種重複使用型軌道運載器的全部研製過程,從正式撥款之日起將需要約30個月。該公司采取項目管理,選擇麥克唐納·道格拉斯公司作為係統研製的主要承包商。美國空軍與波音航空公司簽訂了一項合同,建造另一種類型的軌道運載器,即慣性高空平台(IUS)助推器,它可把衛星從宇宙飛船所運達的軌道上進一步推送到地球同步軌道上。不過,這種慣性高空平台不能重複使用。