1.1 空間機械臂概述

1.1.1 空間機械臂的研究意義

1957年10月4日，蘇聯發射了世界上第一顆人造地球衛星—斯普特尼克1號（Sputnik-1），標志著人類進入太空時代。經過60多年的不懈努力，人類探索的腳步已突破地球引力的限制，深入到地球、太陽系及其之外的浩瀚宇宙。人類對宇宙的探索極大地推動了人類社會的科技進步，對人們的生活和生產方式也產生了巨大的影響。

作為近年來蓬勃發展的研究領域，機器人在人類航天事業中扮演著舉足輕重的角色，其身影出現在多種空間裝備中，如應用于星表探測任務的著陸器、巡視器以及應用于在軌任務的衛星、空間站等，使一些人類無法親自完成的空間探索任務成為可能，極大地拓展了人類在宇宙中的活動能力與探索范圍。空間機械臂屬于特種機器人中的一種，隨著人類太空探索步伐的逐漸加快，其應用的必要性與優越性日益凸顯：一方面，空間操作任務繁重復雜，如空間站艙體轉位與組裝、大質量/慣量負載搬運、大型結構對接、航天器故障維修、太空垃圾清理等，僅僅依靠宇航員難以完成；另一方面，空間環境復雜多變，其具有的超真空、高溫差及強輻射等特點，使得宇航員艙外作業高度危險，無論是執行在軌操作任務還是星表探測任務，都不可避免地在宇航員生命保障系統的設計與維護上投入高昂成本。空間機械臂具有跨度大、操作靈活、負載能力強等突出優點，可通過在軌操作、地面遙操作或自主操作等方式執行空間操作任務。