中國空間站，全面升級(jí)之路！

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中國空間站如何升級(jí)？太空母港提供在軌服務(wù)，機(jī)械臂走出太空舞步，空間機(jī)器人實(shí)在是酷，3D打印弄個(gè)新的建造物，國際合作大家共同奔赴。天宮升級(jí)帶來遐想無數(shù)！

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【太空母港、共軌飛行】

首個(gè)享受共軌飛行服務(wù)的，大概率是巡天望遠(yuǎn)鏡，平時(shí)各回各家、各找各媽，需要了就短期對接?？浚臻g站給巡天加油維護(hù)。

這種模式是天宮在運(yùn)行模式上的重要?jiǎng)?chuàng)新，未來會(huì)有更多航天器享受這種服務(wù)。空間站總師楊宏院士就透露過，中國的空間站是個(gè)太空母港，可以有多個(gè)航天器伴飛。因此，空間站構(gòu)型可以達(dá)到53種。

【在軌設(shè)施建造服務(wù)】

就是可以直接在天上，建大型空間天線、大型空間望遠(yuǎn)鏡等復(fù)雜設(shè)施。

現(xiàn)在，咱們都是把設(shè)施在地面建好了，發(fā)到天上，在軌展開。這么做，有兩方面問題。一是，未來這類設(shè)施的尺寸會(huì)越來越大，展開機(jī)構(gòu)也越來越復(fù)雜，增加了風(fēng)險(xiǎn)。二是，隨著尺寸大到一定程度，發(fā)射后在軌展開的方式，甚至?xí)ゼ夹g(shù)可行性。在軌建造，就能有效解決這兩個(gè)問題。一方面，航天員在軌維修，建造過程中出現(xiàn)故障，直接維修補(bǔ)救。另一方面，微重力環(huán)境，再加上天上直接造，解決了發(fā)射過程對尺寸的限制。?

在軌建造怎么建呢？現(xiàn)有手段，航天員出艙，大小機(jī)械臂，繼續(xù)可以用。未來還會(huì)有新手段，比如在天宮配置3D打印設(shè)備。太空3D打印，已經(jīng)開展一段時(shí)間了。2014年，世界上首臺(tái)太空3D打印機(jī)抵達(dá)國際空間站，揭開人類“太空制造”的序幕。2020年，我國新一代載人飛船首飛的時(shí)候，就開展了在軌精細(xì)成型實(shí)驗(yàn)，用立體光刻3D打印技術(shù)對金屬/陶瓷復(fù)合材料，進(jìn)行微米級(jí)精度的在軌制造。這項(xiàng)技術(shù)未來在天宮應(yīng)用，可以說是水到渠成。

還有一種可以展望的在軌建造手段，那就是空間智能機(jī)器人，單獨(dú)工作或者與機(jī)械臂配合。

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【空間智能機(jī)器人】

空間智能機(jī)器人，未來輔助或者代替航天員開展艙外作業(yè)，這是一條重要并且必要的技術(shù)發(fā)展途徑。關(guān)于空間機(jī)器人這部分，不是我瞎忽悠，都是空間站系統(tǒng)總指揮王翔的文章中講到的。

現(xiàn)在看到的就是一種典型的空間智能機(jī)器人，有兩條靈巧機(jī)械臂、一條中型機(jī)械臂和軀干?？梢匝b到小機(jī)械臂末端，成為靈巧執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也可以單獨(dú)固定在艙外，通過多臂協(xié)同完成高危險(xiǎn)、長時(shí)間的設(shè)備照料和艙外巡視任務(wù)。

艙外的空間機(jī)器人，種類可以很多。比如，仿生機(jī)器人、納米材料吸附式微小型爬行機(jī)器人。再比如，多臂機(jī)器人，可以進(jìn)行搬運(yùn)、安裝、巡視、精細(xì)操作。又比如，直接弄個(gè)機(jī)器人航天員，在部分領(lǐng)域替代航天員。

各種機(jī)器人還可以組團(tuán)忽悠，多臂協(xié)同、多人多機(jī)，搞個(gè)機(jī)器人群。

機(jī)器人可以是直的，也可以是彎的。有剛性機(jī)械臂，有以柔克剛，半剛性、柔性甚至軟體機(jī)器人。

這些都是艙外的，艙內(nèi)的任務(wù)功能相對單一，主要是輔助或者替代航天員，完成空間站平臺(tái)日常維護(hù)與艙內(nèi)設(shè)備操控等等。同時(shí)，也會(huì)考慮開展機(jī)器人一體化設(shè)計(jì),?滿足“艙內(nèi)長期工作+艙外短期作業(yè)”的需求。

總之一句話，通過機(jī)器人，減少航天員風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)效率！?

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【機(jī)械臂升級(jí)】

機(jī)械臂升級(jí)可以軟硬兼施，硬件、軟件都升。

硬件上。比如，開發(fā)可伸縮的機(jī)械臂。再比如，提升機(jī)械臂的信息處理能力。又比如，換更先進(jìn)的相機(jī)，提升機(jī)械臂視覺感知能力。還比如，在機(jī)械臂末端安裝專用工具，實(shí)現(xiàn)多元化操作。裝不裝大剪刀我可不知道。只知道，增加雙臂靈巧機(jī)器人是可選方案，能擴(kuò)展機(jī)械臂操控能力。繼續(xù)比如，還可以是“大臂+雙臂”、“組合臂+雙臂”、“雙臂通過大臂轉(zhuǎn)移并獨(dú)立工作”等在軌組合方案。

軟件方面，通過控制軟件升級(jí)，提升自主能力和安全保障能力。?

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【國際合作】

空間站總指揮王翔給出了國際合作的三個(gè)層次。

最基礎(chǔ)的是有效載荷的合作。比如，把實(shí)驗(yàn)裝置送上去，裝到機(jī)柜里運(yùn)行。也可以是艙外載荷，安裝到艙外載荷適配器上。這個(gè)層次的已經(jīng)在進(jìn)行了，有17個(gè)國家、23個(gè)實(shí)體的9個(gè)項(xiàng)目成為中國空間站科學(xué)實(shí)驗(yàn)首批入選項(xiàng)目。相關(guān)載荷已經(jīng)進(jìn)入空間站了。比如，前一段鬧的沸沸揚(yáng)揚(yáng)的，日本共同社報(bào)道的，日本東京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將從7月開始與清華大學(xué)在天宮進(jìn)行火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)，就是這個(gè)層次的合作項(xiàng)目。多說兩句，這個(gè)項(xiàng)目的準(zhǔn)確名稱是“受渦流和聲波影響的火焰不穩(wěn)定性研究”。研究的問題，是飛機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中有關(guān)火焰穩(wěn)定性的基本問題，也關(guān)系太空中的防火安全。所以說，日本共同社報(bào)道的不準(zhǔn)確、不嚴(yán)謹(jǐn)。關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，也沒必要大驚小怪、過度解讀，這是在聯(lián)合國外空司框架下，中國空間站第一輪國際合作入選項(xiàng)目中的一個(gè)。是正常的、官方的科學(xué)交流合作。已經(jīng)隨著天舟六號(hào)上天了，預(yù)計(jì)7月由神舟十六號(hào)乘組實(shí)施。

說回來，第二個(gè)層面的合作，是技術(shù)合作。六個(gè)方面，新一代再生生保技術(shù)；長期在軌駐留醫(yī)學(xué)防護(hù)技術(shù)；空間機(jī)械臂、空間機(jī)器人技術(shù)；空間非合作交會(huì)對接技術(shù)；空間碎片監(jiān)測、減緩和防護(hù)技術(shù)；新型輕量化、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)技術(shù)。注意，第四個(gè)方面，非合作交會(huì)對接，估計(jì)有點(diǎn)意思。?

再上一個(gè)層次，艙段級(jí)的合作。有四種模式。研制擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)艙，研制多功能節(jié)點(diǎn)艙，研制可展開式充氣密封艙，研制自由往返飛行器。這個(gè)層次的合作，恐怕還要再等上一等。

眼前的，大家還關(guān)心的是，外國宇航員什么時(shí)候上去。最新說法，載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平說，和有關(guān)國家合作選拔參加中國空間站飛行的航天員，應(yīng)該很快就會(huì)有報(bào)道。副總師陳善廣說，即將開始準(zhǔn)備選拔國際的航天員。從兩位老總的話來看，快了！

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【在軌技術(shù)升級(jí)】

用機(jī)械臂，搭建通用空間試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。研制集照明云臺(tái)和高清攝像一體化的艙外監(jiān)視系統(tǒng)。智能化技術(shù)的升級(jí)，比如，配置航天員智能助理，利用智能語音交互技術(shù)，實(shí)現(xiàn)航天員和空間站高效交互。再比如，對自主故障診斷和處置功能智能化升級(jí)。又比如，配置艙內(nèi)潔凈機(jī)器人，空間站也有掃地僧，輔助航天員大掃除，等等等等。

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關(guān)于天宮未來升級(jí)，拉拉雜雜說了很多，有的已經(jīng)初見眉目，有的已經(jīng)有了計(jì)劃，當(dāng)然也有很多屬于PPT階段，但夢想總要有的，人沒有夢想和咸魚有什么區(qū)別？相信，夢想也會(huì)一步步實(shí)現(xiàn)。