孫富春，吳鳳鴿，劉華平

（清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，北京l00084）

面向在軌服務(wù)遙操作技術(shù)的研究與展望*

孫富春，吳鳳鴿，劉華平

（清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，北京l00084）

回顧了面向在軌服務(wù)遙操作技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。針對(duì)現(xiàn)代航天器對(duì)在軌服務(wù)的技術(shù)需求，分別從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與體系結(jié)構(gòu)、控制模式、控制技術(shù)等方面論述了面向在軌服務(wù)遙操作技術(shù)需要研究的主要關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。最后，對(duì)遙操作技術(shù)的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

空間飛行器；在軌服務(wù)；遙操作

1 引 言

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，太空競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，越來(lái)越多的航天器被發(fā)射到太空?qǐng)?zhí)行各種任務(wù)。當(dāng)航天器自身攜帶的燃料用盡或者功能單元老化失效就會(huì)導(dǎo)致航天器使用壽命終結(jié)。如何提高航天器在太空軌道的生存能力，增強(qiáng)其控制效能是未來(lái)航天器在軌服務(wù)的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題。

遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展為解決上述問(wèn)題提供了可能。空間飛行器可以借助遙操作技術(shù)提供各種在軌服務(wù)，包括在軌航天器的捕獲、加注和維修更換等操作，達(dá)到延長(zhǎng)在軌航天器的服務(wù)壽命、提高其靈活執(zhí)行多種空間任務(wù)的目的。這種操作手段對(duì)于提高空間應(yīng)用效率，降低系統(tǒng)成本都大有好處。因而從長(zhǎng)期發(fā)展角度來(lái)看，面向在軌服務(wù)的遙操作技術(shù)將成為我國(guó)未來(lái)探索與控制太空必不可少的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。

2 面向在軌服務(wù)遙操作技術(shù)的發(fā)展

遙操作技術(shù)是一種達(dá)到人與實(shí)驗(yàn)設(shè)備之間遠(yuǎn)程交互的技術(shù)手段，根據(jù)控制對(duì)象的不同，到目前為止在軌服務(wù)的遙操作技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了兩代。

加拿大設(shè)計(jì)制造的航天飛機(jī)專(zhuān)用空間機(jī)械臂系統(tǒng)（SRMS）[l]隨哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)一起升空，從航天飛機(jī)上釋放，并用其捕捉和回收有效載荷，為宇航員提供工作平臺(tái)。其控制方式是典型的主從式遙操作，主端由宇航員控制。

空間站遙控操作系統(tǒng)（SSRMS）較先前研制的SRMS要更加先進(jìn)，可進(jìn)行力矩測(cè)量，操作手借此可了解到臂的推力或拉力有多大。圖l為SSRMS機(jī)械臂。與航天飛機(jī)不同，空間站上不大可能通過(guò)窗口來(lái)觀察機(jī)械臂的動(dòng)作，即使能看到，也難以判斷遠(yuǎn)近。為了解決這個(gè)問(wèn)題，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了圖像顯示監(jiān)視系統(tǒng)。日本開(kāi)發(fā)的日本實(shí)驗(yàn)艙遙控機(jī)械臂系統(tǒng)（JEMRMS）[2]安裝在空間站日本實(shí)驗(yàn)艙（JEM）本體部分，在Exposed Deck作業(yè)臺(tái)上做各種有效載荷的安裝和維修作業(yè)。JEM機(jī)械手的操作是由JEM給壓室內(nèi)設(shè)置的2根單向操縱桿進(jìn)行控制，分臂具有雙向力反饋。此外，還有歐洲機(jī)器人手臂（ERA），俄羅斯的主從機(jī)械手設(shè)備（PELICAN）等。這種用于載人飛船、航天飛機(jī)與空間站的機(jī)械手分別進(jìn)行了多次有宇航員協(xié)助的在軌服務(wù)，包括對(duì)接、物質(zhì)補(bǔ)給、燃料加注和維修等等。

圖l SSRMS機(jī)械臂

由宇航員通過(guò)機(jī)械手直接進(jìn)行的空間操作對(duì)宇航員要求很高，且工作強(qiáng)度大。為了減少宇航員空間活動(dòng)的高風(fēng)險(xiǎn)性，節(jié)省時(shí)間和成本，達(dá)到長(zhǎng)期在軌服務(wù)的目的，人們開(kāi)始關(guān)注利用自由飛行機(jī)械手完成在軌服務(wù)的遙操作技術(shù)。

l993年，德國(guó)在哥倫比亞航天飛機(jī)的密封實(shí)驗(yàn)艙中進(jìn)行了空間機(jī)器人實(shí)驗(yàn)（ROTEX）[3]。ROTEX既可以由宇航員借助攝像機(jī)進(jìn)行在軌遙操作，也可由地面人員進(jìn)行地面遙操作。它通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)中繼航天器和一個(gè)通信航天器實(shí)現(xiàn)通信回路，延遲大約為6s。該裝置具有遠(yuǎn)地環(huán)境三維計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)和立體顯示能力，驗(yàn)證了基于傳感器的離線編程操作技術(shù)，并完成了軌道替換單元（ORU）的插拔、桁架裝配及抓取物體等任務(wù)。這是人類(lèi)第一次在空間完全由機(jī)器人進(jìn)行的在軌操作。l997年，日本進(jìn)行了空間機(jī)械手的飛行試驗(yàn)（MFD），宇航員在航天飛機(jī)的增壓艙內(nèi)通過(guò)監(jiān)視屏幕花費(fèi)l6h進(jìn)行了更換單元和開(kāi)關(guān)門(mén)的試驗(yàn)，以對(duì)機(jī)器人操作控制性能和作業(yè)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

日本技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星ETS-Ⅶ[2，4]的成功發(fā)射是在軌服務(wù)遙操作的一個(gè)里程碑。主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括地面遙操作空間機(jī)械臂的試驗(yàn)、衛(wèi)星姿態(tài)與星載機(jī)械臂的協(xié)調(diào)控制和在軌衛(wèi)星服務(wù)試驗(yàn)。地面遙操作試驗(yàn)采用了多種力反饋技術(shù)，包括可視化預(yù)測(cè)力方法、基于預(yù)測(cè)力的地面遙控以及可視化力反射和力調(diào)節(jié)控制方法。地面系統(tǒng)有兩種機(jī)械臂控制模態(tài)：主從控制與自主控制。在主從控制中，地面操作員通過(guò)兩個(gè)操作桿控制裝在航天器上的機(jī)械臂。根據(jù)從機(jī)械臂上的CCD攝像機(jī)得到的原始視覺(jué)圖像和從航天器得到的遙測(cè)數(shù)據(jù)，為操作員提供星上機(jī)器人系統(tǒng)的狀態(tài)。

近年來(lái)，美國(guó)的遙操作研究和試驗(yàn)從最初的主從模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘胱灾髂Ｊ剑⑾蜃灾髂Ｊ竭^(guò)渡。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）組織實(shí)施的“軌道快車(chē)”（Orbit Express）計(jì)劃歷時(shí)7年，花費(fèi)3億美元，于2007年3月8日發(fā)射，演示了低成本在軌服務(wù)途徑與自主在軌服務(wù)的技術(shù)可行性。圖2為軌道快車(chē)對(duì)接圖。歷經(jīng)3個(gè)月的軌道快車(chē)演示實(shí)驗(yàn)，成功演示了自主分離、接近、對(duì)接、捕獲。在“軌道快車(chē)”燃料補(bǔ)給任務(wù)中，ASTRO航天器成功地將近l4.5kg（32 lb）肼燃料輸給了NextSat航天器，并在NextSat航天器上更換了一塊電池。這些任務(wù)的自主程度是不同的，例如燃料補(bǔ)給中，地面發(fā)出了23條核準(zhǔn)命令?！败壍揽燔?chē)”任務(wù)在發(fā)射后不久就遭遇了一次小故障，ASTRO上一條動(dòng)力齒輪安裝錯(cuò)誤，導(dǎo)致這艘飛船執(zhí)行了與導(dǎo)航系統(tǒng)相反的命令。這次故障涉及硬件和軟件兩方面的問(wèn)題。飛行控制人員依靠NextSat航天器的導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)確保ASTRO太陽(yáng)電池板朝向太陽(yáng)。在上載新的軟件后，ASTRO的命令才讓齒輪按照預(yù)想轉(zhuǎn)動(dòng)。

歐洲一些國(guó)家計(jì)劃發(fā)射在軌服務(wù)空間飛行器。我國(guó)部分研究機(jī)構(gòu)很早就開(kāi)展了遙操作技術(shù)的研究[5～7]，然而面向在軌服務(wù)的遙操作技術(shù)還處于起步階段。

從上述情況來(lái)看，在軌服務(wù)的實(shí)現(xiàn)將依賴(lài)人力與自主控制的配合。對(duì)于一些復(fù)雜的在軌服務(wù)，地面人員將通過(guò)遠(yuǎn)程交互方式直接將位于太空的航天器與地面控制中心連接在一個(gè)回路中。這種遙操作手段能夠增加空間各系統(tǒng)的安全系數(shù)，確保在軌服務(wù)的可靠性和高效性。

圖2 軌道快車(chē)對(duì)接圖

3 面向在軌服務(wù)的遙操作關(guān)鍵技術(shù)

與地面遙操作相比，面向在軌服務(wù)的遙操作技術(shù)最主要的問(wèn)題是空間與地面通信中存在較長(zhǎng)時(shí)間延遲。通信延遲包括遙控指令延遲和遙測(cè)信號(hào)延遲。以ETS-Ⅶ為例，其時(shí)延達(dá)到了5～7s。在存在時(shí)延情況下，即使操作者完成簡(jiǎn)單工作也需要比無(wú)時(shí)延情況花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，這時(shí)操作者為避免系統(tǒng)操作不穩(wěn)定，必須采取“運(yùn)動(dòng)-等待”的階段工作方式。除此以外，缺乏對(duì)工作環(huán)境的了解，受到熱、輻射、真空、變化的光照環(huán)境和對(duì)目標(biāo)視覺(jué)條件有限等因素影響，微重力引力，任務(wù)具有重復(fù)性，對(duì)遙操作設(shè)備的后勤服務(wù)能力有限等因素也影響遙操作技術(shù)的實(shí)施[6]。

根據(jù)在軌服務(wù)遙操作技術(shù)特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)避免地面控制中心向空間機(jī)器人頻繁發(fā)送遙控信號(hào)。過(guò)長(zhǎng)的信息延遲與過(guò)快的決策控制出現(xiàn)在一個(gè)系統(tǒng)回路中時(shí)，完全有可能引發(fā)不可靠的結(jié)果。所以，正常的操作過(guò)程以人的最少介入為好，更為現(xiàn)實(shí)的做法是對(duì)將由機(jī)械手自動(dòng)進(jìn)行的操作進(jìn)行宏觀組合，而在修改操作步驟或是處理意外情況時(shí)，則需要充分運(yùn)用遙操作的交互能力，最有效地利用人的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)與設(shè)想加以最大限度地干預(yù)。

為了完成在軌服務(wù)的功能，遙操作系統(tǒng)往往包含很多功能子系統(tǒng)，如預(yù)測(cè)仿真、通信、本地自主和多傳感器信息融合等，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和龐大。如何合理設(shè)計(jì)和組織遙操作系統(tǒng)，如何有效地進(jìn)行人機(jī)協(xié)作以及如何對(duì)提出的方法理論進(jìn)行驗(yàn)證等是面向在軌服務(wù)的遙操作技術(shù)中需要解決問(wèn)題。下面將論述面向在軌服務(wù)遙操作的一些關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 面向在軌服務(wù)的遙操作控制方式研究

根據(jù)空間機(jī)器人智能程度的高低，遙操作可以分為3種方式：主從遙操作、半自主遙操作和自主遙操作。

主從遙操作是在時(shí)延較小或沒(méi)有時(shí)延的場(chǎng)合，主手和從手之間根據(jù)視覺(jué)信息和雙向力反饋使從手跟隨主手運(yùn)動(dòng)。這種控制方式下的機(jī)器人智能程度較低，遙操作質(zhì)量由操作員決定，不僅要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練操作員，而且操作員工作時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大，易疲勞，難以完成高精度操作。

半自主遙操作，又稱(chēng)共享遙操作。在這種控制方式中，機(jī)器人控制系統(tǒng)具有一定的智能程度，工作目標(biāo)的部分自由度（或部分工作目標(biāo)）由操作員控制，而其它的自由度（或工作目標(biāo)）則由控制系統(tǒng)控制。這種控制模式減輕了操作員的工作強(qiáng)度，大幅度地提高了工作效率。

自主遙操作，又稱(chēng)監(jiān)測(cè)遙操作。監(jiān)測(cè)遙操作系統(tǒng)中遠(yuǎn)程回路利用傳感器反饋信息，自主完成操作現(xiàn)場(chǎng)的工作目標(biāo)；監(jiān)控回路估計(jì)空間機(jī)器人系統(tǒng)的工作效能，設(shè)立新的工作目標(biāo)，必要時(shí)由人直接控制機(jī)器人的動(dòng)作；本地回路提供空間機(jī)器人狀態(tài)和工作環(huán)境，預(yù)報(bào)下一個(gè)動(dòng)作。監(jiān)測(cè)控制技術(shù)的應(yīng)用，將操作員排除在遠(yuǎn)程回路之外，避免了時(shí)延的影響，同時(shí)操作員又可隨時(shí)干擾空間機(jī)器人的工作情況，大幅度地提高了遙操作機(jī)器人的工作效率，增加了系統(tǒng)靈活性。

采用何種遙操作控制方式依賴(lài)于在軌服務(wù)的步驟與任務(wù)。完成在軌服務(wù)的前提是進(jìn)行服務(wù)星與客戶星的對(duì)接。在對(duì)接過(guò)程中捕獲階段可以有兩種模式：直接捕獲和自由飛行捕獲。直接捕獲是使空間機(jī)器人機(jī)動(dòng)到“捕獲包絡(luò)”中，執(zhí)行軌道保持，直到使用對(duì)接機(jī)構(gòu)將客戶星固定；自由飛行捕獲是使用機(jī)械臂抓取客戶星并對(duì)其執(zhí)行停靠操作，這是一種更加安全的捕獲模式，適用于捕獲具有巨大附屬肢體或者機(jī)動(dòng)能力差的航天器，也能減輕羽流的影響。選用何種捕獲模式直接影響到選用何種遙操作控制方式。對(duì)接完成后就可以執(zhí)行燃料傳輸或者單元更換等在軌服務(wù)任務(wù)。燃料傳輸可以選擇對(duì)接部分的流體連接器，利用流體輸送泵或貯箱再壓縮技術(shù)進(jìn)行肼推進(jìn)劑的傳輸，或者采用間接傳輸。先執(zhí)行ORU更換，在ORU中有一個(gè)燃料罐和一套在航天器平臺(tái)上連接該燃料罐和其它燃料罐的液體連接器，然后進(jìn)行燃料傳送。其關(guān)系如圖3所示。

實(shí)驗(yàn)研究表明，由于空間作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜多變性，讓空間機(jī)器人完全自主地完成各種空間作業(yè)任務(wù)是不現(xiàn)實(shí)的，它往往需要宇航員或地面操作人員進(jìn)行必要的監(jiān)控和遙操作。同時(shí)，由于受天地之間的通信大時(shí)延和微重力影響，用宇航員或地面操作人員的肉眼作為操作依據(jù)往往容易造成誤判，甚至失去遙操作的因果關(guān)系，造成遙操作的失敗或設(shè)備部件的損壞。需要針對(duì)不同的階段步驟選用不同的遙操作控制方式，得到燃料最省、時(shí)間最短和負(fù)荷最小的條件下進(jìn)行對(duì)接在軌服務(wù)遙操作控制步驟，保證在軌服務(wù)任務(wù)的成功。

圖3 在軌加注與單元更換任務(wù)分解圖

3.2 面向在軌服務(wù)的遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

面向在軌服務(wù)的遙操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要滿足如下的設(shè)計(jì)要求：

（l）用最少數(shù)目的操作員控制空間服務(wù)衛(wèi)星，監(jiān)控和操作航天器的操作員人數(shù)決定航天器操作的主要經(jīng)費(fèi)。

（2）在存在延時(shí)及有限通信能力情況下也能容易操作。眾所周知，大于幾秒的延時(shí)使得遙控操作相當(dāng)困難。

（3）采用模塊化設(shè)計(jì)以便對(duì)一些易老化損壞的部分進(jìn)行單元替換。

據(jù)此我們?cè)O(shè)計(jì)了在軌服務(wù)遙操作系統(tǒng)的方框圖，如圖4所示，它由空間衛(wèi)星系統(tǒng)與地面控制系統(tǒng)組成，其中任務(wù)協(xié)調(diào)模塊分別接收來(lái)自操作者發(fā)出的控制命令和接收到傳感器信息，根據(jù)一定原則對(duì)操作者的命令進(jìn)行處理：接受、拒絕或等待，并將此信息發(fā)回主操作端。如果安全信息返回正常，則繼續(xù)運(yùn)行程序，進(jìn)入軌跡規(guī)劃模塊；否則調(diào)用異常處理模塊。任務(wù)解釋模塊能夠?qū)⒉僮髡甙l(fā)出的操作命令和各種傳感器返回的系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)換為底層控制所需的格式。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行主從遙操作，半自主遙操作以及自主遙操作，但是還需進(jìn)一步細(xì)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊，設(shè)計(jì)或者選擇相應(yīng)合適的遙操作機(jī)構(gòu)以及利用軟件仿真、半實(shí)物仿真驗(yàn)證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)要求，改進(jìn)在軌服務(wù)遙操作系統(tǒng)。同時(shí)還需設(shè)計(jì)能夠接收空間在軌服務(wù)的客戶星遙操作系統(tǒng)，兩者能夠很好的互相配合也是能夠?qū)崿F(xiàn)在軌服務(wù)的關(guān)鍵。

圖4 遙操作系統(tǒng)的方框圖

經(jīng)過(guò)分析比較國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的遙操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，我們認(rèn)為基于任務(wù)的分層體系結(jié)構(gòu)模型是一個(gè)較好的選擇，與面向在軌服務(wù)的遙操作系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)思想相一致。這樣的設(shè)計(jì)比較符合遙操作技術(shù)的需求。為了更好的描述遙操作結(jié)構(gòu)，可以針對(duì)在軌服務(wù)的不同階段設(shè)計(jì)相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)，并對(duì)比較復(fù)雜的系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

3.3 基于Agent的遙操作參考模型與控制技術(shù)

在軌遙操作系統(tǒng)中的長(zhǎng)時(shí)延使整個(gè)遙操作控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性，即長(zhǎng)時(shí)延的存在將導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，甚至是系統(tǒng)的不穩(wěn)定。此外遙操作系統(tǒng)的透?jìng)餍?、同步性很難得到保證。

現(xiàn)有的方法往往只解決系統(tǒng)某些方面的問(wèn)題?；陔娐肪W(wǎng)絡(luò)的無(wú)源通信法則對(duì)解決短時(shí)延問(wèn)題具有很好的效果。而在長(zhǎng)時(shí)延情況下，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定又具有良好的可操作性則顯得無(wú)能為力，并且它只是系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個(gè)充分條件，具有較大的保守性，系統(tǒng)在不滿足無(wú)源性的條件下仍可能是穩(wěn)定的。LOG控制、H∞控制和Lyapunov-like函數(shù)等方法雖然可以得到較好的系統(tǒng)性能或者優(yōu)化指標(biāo)意義下的穩(wěn)定控制，但需要對(duì)系統(tǒng)的時(shí)延有足夠的了解?；谑录姆椒ㄒ部梢缘玫綄?duì)任意時(shí)延的穩(wěn)定控制，且不需知道時(shí)延的任何特性，但系統(tǒng)的操作性能卻有待改善，尤其是如何尋找一個(gè)合理的非時(shí)間參考變量是一個(gè)技巧問(wèn)題。

采用基于Agent的“按需求進(jìn)行控制”為遙操作技術(shù)提供了一種解決方法。這一方法的基本思想就是將整體控制算法分解成許多面向任務(wù)的簡(jiǎn)單控制模塊，并利用代理技術(shù)將它們包裝成可在通信鏈路上轉(zhuǎn)移的代理，即控制代理。利用這些代理來(lái)控制空間機(jī)械手，就可以根據(jù)運(yùn)行條件的變化派遣或回收控制代理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)它的“按需求進(jìn)行控制”。面向在軌服務(wù)的空間服務(wù)星只需要支持正在運(yùn)行的控制代理，而不是同時(shí)支持全程工作所需要的所有的代理，從而大大降低所需的內(nèi)存與計(jì)算能力。同時(shí)也可解決指令控制“移動(dòng)-等待”模式造成系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能差，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作和精細(xì)操作的問(wèn)題。代理控制研究的重點(diǎn)將是利用Petri網(wǎng)建立代理控制的解析方法，為基于代理的遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

此外還有多種關(guān)鍵技術(shù)需要研究，例如建立預(yù)測(cè)虛擬仿真所需要的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多種力反饋技術(shù)以及為了驗(yàn)證遙操作理論而建立面向在軌服務(wù)的地面演示驗(yàn)證平臺(tái)的相關(guān)技術(shù)等。

4 遙操作未來(lái)技術(shù)展望

實(shí)用化的遙操作工程系統(tǒng)應(yīng)該具有優(yōu)良的人機(jī)交互功能，以便以友好的方式充分發(fā)揮操作員在回路中的作用。在這一總體發(fā)展趨勢(shì)下，遙操作需要重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)包括：

（l）交互式未知環(huán)境建模技術(shù)。面向在軌服務(wù)的環(huán)境建模要求通過(guò)星載傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，然后與操作員的高層決策進(jìn)行充分交互。這方面需要有機(jī)融合知識(shí)庫(kù)管理、操作員決策等多方面因素。最終能夠針對(duì)未知環(huán)境建立起適合在軌服務(wù)的遙操作環(huán)境模型。另一方面，由于操作員感知能力的局限性，容易造成操作效率不高、甚至失誤的情形。實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)能提高輔助支撐系統(tǒng)，充分利用傳感器返回的信息及虛擬場(chǎng)景的布局，自動(dòng)生成遙操作策略供操作者參考或選擇。

（2）協(xié)同遙操作。現(xiàn)有的遙操作系統(tǒng)大多針對(duì)單操作者單操作對(duì)象。然而，復(fù)雜的在軌服務(wù)工作往往需要多個(gè)操作者并行地對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)遙操作。如何處理操作員間的協(xié)同和操作對(duì)象之間的協(xié)同是遙操作系統(tǒng)走向大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用的重要問(wèn)題。

（3）雙邊控制。雙邊控制[8，9]是遙操作性能提高的重要措施。但目前的雙邊控制技術(shù)無(wú)論是理論上還是工程上都未能突破大延時(shí)的限制。未來(lái)的研究應(yīng)圍繞總體提高雙邊力控制性能展開(kāi)，包括對(duì)大時(shí)延的容忍性和提高過(guò)渡過(guò)程性能等。這方面不僅要進(jìn)行工程驗(yàn)證，更需要相關(guān)理論工作的支持。

（4）性能評(píng)價(jià)體系。鑒于遙操作在空間在軌服務(wù)中的重要性，有必要針對(duì)空間在軌服務(wù)的實(shí)際需要建立起完善的遙操作性能評(píng)價(jià)體系。具體而言，不僅需要擬訂空間在軌服務(wù)的遙操作典型任務(wù)，還需要針對(duì)遙操作不同環(huán)節(jié)擬訂具有針對(duì)性的性能指標(biāo)，最終形成一套科學(xué)實(shí)用的性能評(píng)價(jià)體系，以促進(jìn)遙操作的研究朝著定量化和工程化的方向發(fā)展。

5 結(jié) 論

面向在軌服務(wù)的遙操作技術(shù)在空間應(yīng)用中具有經(jīng)濟(jì)性、可靠性與安全性，適合于我國(guó)國(guó)情，對(duì)該領(lǐng)域的研究和探索是一件非常有意義的工作。我國(guó)在這方面起步較晚，與美歐日等航天先進(jìn)國(guó)家相比，還存在著一定的距離，因此需要我們對(duì)這方面的研究給予更大的關(guān)注和投入。

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Research and Prospects for Te1e-Operation in On-O rbit Servicing

SUN Fuchun，WU Fengge，LIU Huaping
（Department of Computer Science and Technology，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

The state of the art for tele-operation technologies in on-orbit servicing is briefly reviewed in this paper.Some key technologies，such as control mode，architecture and control technigues，are proposed and discussed through analyzing tele-operation characteristic for on-orbit servicing.The prospects of future tele-operation technologies are also highlighted.

spacecraft；on-orbit servicing；tele-operation

TP24

A

l674-l579（2008）0l-0033-05

*國(guó)家863計(jì)劃（2007AA704339，2007AA70430l）資助項(xiàng)目.

2007-l2-25

孫富春（l964-），男，江蘇人，教授，研究方向?yàn)榭臻g飛行器智能控制與網(wǎng)絡(luò)（e-mail：fcsun@tsinghua.edu.cn）。