你能想像嗎？在400千米外的太空也能遙控地面上的機器人！

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載人登陸月球和火星並建立基地無疑是一項艱巨的任務。在未來載人登月和火星飛行任務中，航天專家們提議採用機器人作為載人登陸的「先頭兵」，在月球或火星上為將來航天員的登陸鋪設好必要設施。

由飛行的航天員來操控星球表面的機器人將是一種方便、安全、可行的方法。NASA和歐空局都認為這是目前人類登上火星唯一合理的辦法。正因如此，從2012年起，空間站上進行了多次不同內容和目的的空間站控制地表機器人試驗。

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2012年10月底，國際空間站第33長期考察組指令長蘇尼塔·威廉姆斯使用「星際網路」通信系統，成功地控制了德國太空操作中心的一個小型樂高玩具機器人，這項試驗的目的是模擬控制另一顆星球表面運行機械漫遊車的可行性，為未來實現航天員對火星表面機器人的實時操控打下基礎。

地面遙控機器人

這項由歐洲負責的試驗，模擬了這樣一個場景：一艘宇宙飛船正圍繞著一顆行星運行，飛船中的航天員操控著位於這顆行星地表的一輛漫遊車。這項演示展示了使用一種新型通訊技術，實現從軌道上向地面機器人傳輸指令、並接收其傳回的圖像和數據等任務的可行性。

此次藉助國際空間站測試的容斷網路協議是一項新技術，其能夠讓標準通訊實現長距離傳輸，並耐受時間延遲。

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首次太空操縱地面機器人的試驗

真正從太空遙控地面機器人執行任務的試驗是在2013年6月7日進行的。國際空間站上的美國航天員克里斯托弗·卡西迪通過遙控操作，指揮NASA艾姆斯研究中心一個名叫K10的四輪機器人開展地面勘探，以及模擬部署射電望遠鏡的任務。這次示範的目的是探索遠距離的通信延遲對航天員操縱機器人能力的影響。這種機器人將來可用於在遙遠月球一側部署射電望遠鏡。

卡西迪用表面遙控機器人技術駕駛這輛漫遊車在地球上運作，然後通過精巧控制，讓漫遊車部署模擬天線。K10漫遊車可用它的攝像機和機載激光系統進行操作。操作時，卡西迪通過實時傳輸的視頻，監控機器人執行指令情況。未來獵戶座飛船上的航天員可通過遙控機器人把一部低射頻望遠鏡安置在遙遠的月球一側。這一技術將來能夠應用在機器人探索月球、火星，甚至小行星上。

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遠程遙控地面火星車

遙控賽車很多小孩子都玩過，但是你能想像從位於400千米以外、以28000千米/小時速度運行的軌道上對地面的遙控車進行控制嗎？2014年8月7日，國際空間站的歐空局航天員亞歷山大·格爾斯特就在軌對位於荷蘭的火星車進行了控制。在他的指揮下，火星車在地面完成了一系列複雜的技術動作（前進、後退、轉彎、照相、採集標本等）。歐洲太空操作控制中心的先進任務概念負責人金姆·尼苟德說：「這是人類首次對來自太空的信號進行控制調整，並成功對信號進行解析，未來將會大量應用於人類外星探索任務中。」

該火星車有轎車大小。在90分鐘的現場鏈接中，格爾斯特在國際空間站用專用筆記本電腦控制器對火星車實施操作，根據視頻和數據反饋，對400千米以外的火星車發出指令。該鏈接由一個新的網路提供，當與地球的直視傳輸或地面站失聯、信號中斷時，該網路可以將命令存儲起來，並再次建立鏈接。

未來，在火星或月球上操控機器人需要一種能夠發送遠程命令和接收數據的「空間互聯網」。這種網路必須適應遙遠距離帶來的信號延誤。這項試驗的成功表明，新的空間網路可以讓航天員和外星世界的運載工具聯繫起來。

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將圓釘插入洞內

2015年9月7日，丹麥航天員安德烈亞斯·摩根森在空間站利用一系列遠程控制系統來操作位於荷蘭歐空局中心的互動半人馬座探測器。這台價值142萬人民幣的藍白色漫遊車，由荷蘭代爾夫特理工大學研製，被工作人員親切地稱為「藍蟲」。它裝有距離與定位感測器，配有可以進行精密操作的兩條機械臂，頸部有一台相機可以讓操作者直接看到機械臂的作業情況。

「藍蟲」機器人在操作

與傳統機械臂不同的是，這台機器人的機械臂裝有力反饋感測器，且高度靈活。當摩根森操作操縱桿將金屬釘插入作業板上的孔時，力反饋技術可將作用於操作桿產生不同規律的振動告知航天員。它使航天員雖然身在遠處，卻能身臨其境「感受」到機器人所做的操作。在本次試驗中，摩根森通過力反饋原理來分辨機器人手中的釘子何時觸碰到目標洞中的邊緣，何時可以準確無誤地插入洞中。

這是一項高精度的工作，當時國際空間站距離地面有400千米，航天員摩根森在太空小心翼翼地遙控漫遊車機械臂，將一枚金屬釘撿起後，插入作業板上一個只有0.15毫米空隙的孔內，並被要求至少插入4厘米，才能最終完成通電。

摩根森第一次將金屬釘插入成功花費了45分鐘，但第二次只用了10分鐘。ESA機器人專家安德烈·席勒在一次聲明中表示：「摩根成功進行了兩次由行駛、靠近、停泊、安插工作構成的精密操作，這是人類第一次在太空飛行中實現遠程精密操作。」

這種遠程控制更驚人之處在於信號傳輸的處理。信號在空間站與機器人之間的雙向傳播都需要通過很長的距離。信號最先由太空站發向軌道衛星，接下來通過NASA休斯頓太空中心被傳送至新墨西哥州的地面站，隨後由大西洋海底的電纜傳送至歐空局中心，信號傳輸一個來回的全程為144,000千米，並且信號需要在試驗時不間斷傳輸。這樣長的傳輸距離會導致1秒的延遲時間，但是研究團隊利用軟體消除了這1秒的延遲，使得航天員的操作與地表機器人同步。

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開發先進的人機協作技術

2017年8月末，ESA航天員保羅·奈斯波利進行了一項從空間站操控地面機器人的試驗。試驗名叫「SUPVIS Justin」，它是「歐洲航天局多用途端到端機器人操作網路項目」的一部分。項目的目標是開發先進的人機協作技術，未來用於太空探索。

地面的測試地點是位於慕尼黑附近奧博珀法芬霍芬德國航空太空中心的一個房間內。這個房間內有鐵鏽色的地板和牆壁，好像在火星上。被操縱的人形機器人叫作「羅林·賈斯汀」，是一個很有趣的藍白色機器人。奈斯波利用平板電腦向機器人發送高級命令，讓它完成一些任務，比如導航、維護和修復。在8月的測試中，義大利航天員奈斯波利完成了兩組任務。在第一組任務中，他操作機器人檢查太陽能面板，然後重啟。在第二組任務中，他對系統軟體進行升級。

賈斯汀在檢查和修復太陽能電場

機器人專家將這種方法叫作「監督式自主」，與「完全自主」（做一切事完全由機器人自己決定）或者「直接遠程操作」（航天員要控制機器人的每一次移動）相比，「監督式自主」有許多優勢。如果遇到意料之外的錯誤，或者遭遇通信延遲，監督式自主技術處理起來更從容。航天員相當於機器人的「監督者」，如果機器人卡住了，人類可以幫它完成任務。

測試現場

在下一階段的測試中，團隊會根據國際空間站成員的經歷，優化平板用戶界面和機器人功能。

來源：太空夢想

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