机械制造业与太空探索

随着航天技术的不断发展，人类探索外层空间的兴趣及能力不断增强，各种航天器被发射到太空，飞行器的制造及其在装配和服役期间的连接和维护等都离不开制造业，机械制造在这其中起着很重要的作用。人造卫星在几百千米高的太空中自动工作，一旦发生故障，甚至仅仅是一个螺钉松了或一根焊线断了，也可能由于无法修理而报废。如果能够派人上去修理，更换部分零件，补充一些燃料，然后重新把它送入太空为人类服务，就可以大大节省费用。然而由于在太空中，人的活动是很不方便的，所以长壁机械手承担了大部分的维修工作。机械手不但用于抓取卫星，而且在修理完毕后还要靠它将卫星放回太空，使其重新进行工作。

无论是航天飞机还是太空空间站，都少不了一样东西，那就是它们能伸向太空的巨臂——太空机械臂。自从1981年美国“哥伦比亚号”航天飞机在外太空首次使用机械臂以来，航天飞机机械臂承担了多次外太空精确操纵任务。例如，将航天飞机有效载荷释放进入预定轨道，帮助航天员对发生故障的航天器进行维修等。太空机械臂具有良好的实用性、可靠性和多功能等特点。美国“发现号”航天飞机发射升空过程中机壳外表隔热材料脱落，对其返回的安全性影响很大。为此，太空飞行中由宇航员走出舱外，借助于太空机械臂成功地对其进行了维护与维修。

在星球探索中，航天机器人发挥了重要作用。登月成功之后，美国、苏联紧接着开展登陆火星的研究工作。由于相关技术的发展，美、苏都研究利用微小型机器人进行火星探测。它的好处是成本低，研究周期短。因此，微小型化成为探查机器人的发展方向。

火星探索中，登上火星的首先是苏联PROP-M号小型探查机器人，该机器人的重量是4.5千克。随后，美国NASA又相继研制了用于星球探测的微小型探查机器人和纳米探查机器人。前者重量为3.5千克，后者重量为0.8千克。为了能在星球表面复杂地形下行走，星球探测机器人的移动机构设计非常重要。目前微小型星球探测车大多数采用的是轮式机构如美国国家航空航天管理局研制的火星车“索杰纳（Sojourner）”“Rokey”系列、“勇气号”和“机遇号”都是六轮行驶机构。“Nanorover”微型火星车是一种奇特的轮式移动机构，能够底盘朝上时自动翻转，自动矫正。目前，我国各家单位研制的微型月球车也多以轮式为主，中国科学院沈阳自动化研究所针对微小型星球探测机器人的移动机构，设计了一系列的复合移动机构，其中包括“沙地一号”“沙地二号”“沙地三号”微小型移动机器人，此外中国空间技术研究院、上海航天局、哈工大、上海交大也相继研制出了轮式月球探测机器人样机。

这些星球探测机器人的制造显然离不开发达的机械制造业。美国的“发现号”航天飞机、俄罗斯的“联盟号”载人飞船实现了人类太空旅行和向国际空间站运送宇航员、物资和仪器等目标。航天飞机和载人飞船的成功发射、太空运行以及成功返回着陆的每时每刻都标志着人类取得的辉煌成就。在太空探索中，我国是世界上继美国、俄罗斯后第三个成功实现载人航天飞行的国家。飞天梦想，千年夙愿。从“一人一天”到“多人多天”，从“绕月运行”到“与天宫对接”，“神十”的成功发射标志着我们在探索太空的伟大征程中又开启了新的篇章——中国的载人航天技术全面进入空间实验室和空间站研制阶段。这是我国高科技发展新的里程碑，是我国政府改革开放和社会主义现代化建设的又一骄人的成就，是中国人民自强不息，自主创新的又一辉煌成果。全体中华儿女为此感到无比骄傲和自豪。

载人航天是一项巨大的工程，中国从1992年开始实施的中国载人航天工程，定下了三步走的发展战略，从神一到神六，为第一步的载人飞船工程阶段；神七的飞行，开启了第二步的空间实验室阶段；第三步的发展目标是建设空间站。神舟十号的成功发射对我国航天业具有里程碑的重要意义，表明中国已经全部掌握建设和运行可供人长期居住的空间站的关键技术，中国进入应用性太空飞行时代。目前，神舟十号飞船的任务不再是试验自己，而是为天宫一号提供人员和物资运输保障，开展空间科学实验、航天器在轨维修试验和空间站等关键技术验证试验并首次开展面向青少年的太空科学讲座科普教育活动。

中国相继在2008、2011、2012年成功发射了“天链一号”的01、02、03号卫星，由此建立中国的第一代中继数据卫星系统。中国航天发展50年来，应用卫星从无到有，逐渐发展，至2012年5月，在轨稳定运行的卫星达70余颗，包括遥感卫星、导航卫星、通信卫星、空间探测卫星和技术试验卫星等多种类型，形成了海洋卫星系列、气象卫星系列、资源卫星系列、环境卫星系列、北斗导航定位卫星系列、通信广播卫星系列等卫星系列，基本构成了应用卫星体系，为卫星应用的发展奠定了基础。2013年2月28日10点18分，嫦娥二号卫星与地球间距离成功突破2000万千米；2017年2月27日，我国新一代静止气象卫星风云四号A星获取首批图像和数据，中国的卫星事业发展前景一片光明。在军用领域，卫星技术与各种武器平台和作战系统相互集成与融合，成为军力增强的倍增器和使能器。在民用领域，由地理信息系统、遥感、卫星导航定位和通信技术构成的3S+C技术、物联网、云计算已经广泛地应用到众多的领域以及人们的日常生活，并基于开放的网络架构，为用户提供持续在线的运营服务，让我们生活的城市及地球更加智慧。

作为中国空间科学学科带头人之一的中国科学院院士、国际宇航科学院院士胡文瑞说：“人类近半个世纪的空间活动，获得了大量的科学成果，有的已经用于改善人类生活，有的将在不远的将来体现到百姓生活中。人类探索太空最终要实现两个目的，一是从太空中获取能源和资源，二是必要时向太空移民。这个目标虽然还比较遥远，但总有一天会实现。”

探索太空，发展航天科技，造福全人类，机械制造业在其中扮演着极为重要的角色。

★ 作者简介 ★

封崇崇，男，汉族，1986年4月生，江苏省沛县人。

大学学历，自动化工程、市政工程高级工程师、高级评茶员、国家注册质量管理体系-环境管理体系-职业健康安全管理体系审核员、国家注册服务认证审查员。现任山东省科技专家、山东省工业和信息化厅专家、山东省政府采购评标专家、“科普中国”外聘专家、国家机械工业人才评价工作专家委员会委员、山东省品牌建设促进会智库成员、山东省认证认可协会技术专家、山东省装备制造业协会专家、国家职业资格及机械行业水平评价考评员、泰安市科技专家库专家、泰安市泰山区工程技术职务初级、中级评审委员会评委、《国家职业技能标准——工程机械维修工（2019年版）》终审评委等。获得国家发明专利两项，实用新型专利授权叁项；在学术期刊发表机械、电气、自动化、设备管理及市政施工相关学术论文十余篇；主编《机械制造自动化及智能制造技术研究概论》（ISBN：978-1-922774-38-5）专著一部、副主编《城市道路与交通规划设计》（ISBN：978-981-49-5617-8）专著一部。

来源: 《机械制造自动化及智能制造技术研究概论》