机器人首次在轨自主组装太空结构

把大型设备送入地球轨道并不容易；先把大量小部件送上去，再在轨组装成大家伙，看起来更可行，但一直离不开人的参与。加州理工学院设计、DARPA 资助的一台机器人最近演示了另一种可能：在轨把天线桁架的部件拼装起来。研究团队称，这是太空中的首次自主建造结构。

这有点像买平板包装家具回家组装，只不过“送货费”贵得多。

这台机器人是“自主在轨张紧反射器组装”（ASTRA）项目的关键部分，任务是用复合材料管、铝制接头和反射薄膜，搭建一个宽 1.4 米（约 4.6 英尺）的反射器天线。

ASTRA 桁架建造器在轨搭建第三段桁架结构。该太空演示由 DARPA 的 NOM4D 项目资助。图片来源：Caltech/Momentus

受时间限制，机器人只完成了一段支撑结构：两段桁架预先组装好送上轨道，机器人组装了第三段。

这还不是一个能“打电话回家”的完整通信天线，但 DARPA“新轨道与月球制造、材料及质量高效设计”（NOM4D）项目经理安德鲁·德托认为，这次演示是迈向在太空建造公里级大型结构的重要一步。

“今天还无法实现接近那种规模的结构。”德托说。

NOM4D 的更大愿景，是把原材料送入轨道，在太空直接制造适合太空环境的结构。天线、光学器件和太阳能阵列可以围绕工作环境来设计，而不必把重点放在“作为成品经受发射考验”上。

NOM4D 技术未来愿景：在太空进行结构组装和新型复合材料成型实验。图片来源：University of Illinois Urbana-Champaign

DARPA 把这种思路比作 Tinkertoys 或 K'Nex 拼装玩具：重复相对简单的建造序列，最终可能造出比建造机器本身大得多的结构。

德托解释说，在自动化组装箱内，每一段都逐块建造，贴上反射网，完成一段就部署一段；这里没有复杂的机器人或高级算法，关键在于加州理工学院团队把各项操作组合成了可扩展的工程流程。

“自动化”还名不副实

不过，和这台机器人一样，“自动化”这个词目前还承担了过多期待。机器人执行组装时，地面支持团队一直很忙：与在轨设备的通信每天只有几个窗口，每个窗口约 15 分钟；工程师检查照片，并在实验室的复制模型上解决问题，然后再向机器人发送指令。

太空建造其实已有不少机器人参与的历史。Canadarm2 曾协助组装国际空间站，把大型部件搬到指定位置，再由宇航员完成安装。那些操作拼接的是地球上已经制造好的硬件，而不是让机器人用少量小零件从头构造更大的物体。

从零开始制造复杂部件也有先例。2014 年，国际空间站上的一台 3D 打印机为自身挤出机外壳打印了一块面板。为打印机本身打印替换零件，正好证明了轨道“机加工店”的价值。

NASA 的 Archinaut One 项目（也称 OSAM-2）把这一概念移到了空间站之外。原计划是在轨制造结构梁并部署太阳能阵列，把 3D 打印和机器人操作结合起来。项目在 2023 年结束前，地面演示曾显示出这项技术的一些前景。

现在，ASTRA 为“逐件组装更大结构”提供了在轨概念验证。每个建造项目都从第一段开始，哪怕最近的五金店远在一颗星球之外。

来源：Caltech、DARPA