不靠宇航员 机器人首次实现太空自主建造

近日，一台机器人首次在太空独立完成了一段空间结构的组装。机器人不再依靠宇航员，而是通过自动机械臂取用零部件拼接舱段。多个舱段共同构成大型支撑框架——桁架。这项技术一旦成熟，将彻底改变大型航天器与科学探测仪器的建造方式。

这套机器人系统由美国加州理工学院团队研发，资金来自美国国防部高级研究计划局（DARPA），隶属于该局的“新型轨道与月球制造、材料及高效构型设计计划”（NOM4D）。该计划旨在探索直接在太空制造、组装巨型设施的技术路径。

“这是人类首次在太空完成结构自主搭建。”美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）的 Sergio Pellegrino 说。Pellegrino 主持了加州理工学院的“在轨自主张拉式反射器组装项目”（ASTRA）验证试验。

DARPA 认为这套组装流程就像玩高端版的拼插积木，但要让机器人在太空严苛环境下“拼积木”，工程难度显然高很多。

ASTRA 于今年 3 月发射升空，载荷体积约 1 立方米。这套机器人系统已经在轨运行 6 个月，目标是搭建一个直径 1.4 米的反射天线。该天线由复合纤维管材、铝制连接件，以及一层轻薄的反射膜构成。

ASTRA 入轨后，研究人员通过“活力号”飞行器向机载计算机发送指令，操控整套系统。组装动作由机器人自动执行，研究人员依靠传回的照片监控进度，对出现的故障及时调控解决。“这正是原理验证试验的意义。太空环境和地面差别巨大，总会冒出各种意料之外的小状况。”美国得克萨斯大学奥斯汀分校的 Jaden Suh 解释。

NOM4D项目设备概念图。图片来源：DARPA

由于技术故障与时间限制，团队没能完成整个天线的搭建，但首个结构段的成功组装，已证实这一建造方案可以在轨实施。研究人员认为，基于这套基础方案，未来有望搭建规模大得多的框架，承载巨型反射面。

Pellegrino 说，直接在太空组装大型结构，有望革新天基能源系统搭建的方法。传统工程师主要采用两种方案：要么把大型结构折叠成压缩包，入轨后再展开；要么分批发射零部件，由宇航员在轨组装。这两种方式都对最终成品的尺寸和复杂度有硬性约束。机器人建造则提供了第三条路线——把建造材料送入轨道，在太空完成整套设备装配。

“NOM4D的目标是实现太空超大型结构的高效、规模化建造。”NOM4D 项目主管 Andrew Detor 表示，“我说的‘超大’是指数百米乃至千米量级。目前人类还造不出这个尺寸的设施。”