一種月球探測載荷設(shè)計(jì)方案

官開楦

摘要 本文提出一種進(jìn)行月球探測載荷設(shè)計(jì)方案。利用人形機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作演示和技術(shù)驗(yàn)證，并提出“登月機(jī)器人宇航員”新名詞。該方案也可認(rèn)為是利用人形機(jī)器人宇航員替代真人宇航員進(jìn)行一些載人登月預(yù)演，加上驗(yàn)證人形機(jī)器人本身的技術(shù)。另外還探測重力加速度。該方案有目標(biāo)創(chuàng)新性，技術(shù)繼承性，工程可實(shí)現(xiàn)性，兼具科普意義、科學(xué)意義、愛國主義教育意義和經(jīng)濟(jì)意義，各項(xiàng)意義重大。

關(guān)鍵詞 載人登月；月球探測；月球探測載荷；登月宇航員；機(jī)器人；空間機(jī)器人；人形機(jī)器人；登月機(jī)器人宇航員

中圖分類號(hào) TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào)2095—6363（2016）13—0023—07

1背景

現(xiàn)在各國競相開發(fā)人形機(jī)器人。有10kg以上的（以下稱大型），3kg～10kg的（以下稱中型），也3kg以下的（以下稱小型）。大型的，比如本田公司的ASIMO，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的HRP系列人形機(jī)器人，NASA的人形機(jī)器人Valkyrie，韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）的人形機(jī)器人Hubo。小型的，比如日本近藤科學(xué)公司的KHR 3HV（17自由度，約1.5kg），中國廣東優(yōu)必選公司的AlphalS（圖1）（16自由度，1.65kg），同公司的Alpha2（圖2）（20自由度，不到3kg）。值得一提的是，我國廣東優(yōu)必選公司的Alpha小型人形機(jī)器人，在2016春節(jié)晚會(huì)驚艷亮相，引起不少關(guān)注。

人形機(jī)器人具有人類使用的工具，環(huán)境不經(jīng)過改造就可直接利用，容易使用遙控操作的特點(diǎn)，又無需生命保障系統(tǒng)，在深空探測中將大有作為。能在宇航員到達(dá)天體目標(biāo)前執(zhí)行先驅(qū)者探測，也能和宇航員協(xié)作完成任務(wù)。研究高度智能的人形機(jī)器人來幫助，甚至替代宇航員進(jìn)行危險(xiǎn)的深空探測任務(wù)是趨勢(shì)。但基于現(xiàn)有的一些約束條件和目前的技術(shù)水平，直接上復(fù)雜的人形機(jī)器人不太現(xiàn)實(shí)。

所以，筆者提出一種身高40cm以下，具有18個(gè)自由度的，3kg以下的可愛的小型人形機(jī)器人，穿上無生命保障系統(tǒng)的簡易航天服，進(jìn)行動(dòng)作演示和技術(shù)驗(yàn)證的方案。并提出“登月機(jī)器人宇航員”新名詞。雖小型，但能完成多項(xiàng)動(dòng)作演示和技術(shù)驗(yàn)證。動(dòng)作演示能激發(fā)科技學(xué)習(xí)創(chuàng)作熱情和愛國主義熱情，傳播科學(xué)精神，推動(dòng)科學(xué)普及。驗(yàn)證的技術(shù)具有科學(xué)意義，也具有承上啟下的作用，為未來的中國載人登月和建設(shè)月球基地等打下技術(shù)基礎(chǔ)。所以該方案也可認(rèn)為是利用人形機(jī)器人宇航員替代真人宇航員進(jìn)行一些載人登月預(yù)演，加上驗(yàn)證人形機(jī)器人本身的技術(shù)。另外還探測重力加速度。該方案有目標(biāo)創(chuàng)新性、技術(shù)繼承性、工程可實(shí)現(xiàn)性。兼具科普意義、科學(xué)意義、愛國主義教育意義和經(jīng)濟(jì)意義。

2探測或演示目標(biāo)

2.1動(dòng)作演示

1）唱國歌；2）揮動(dòng)小國旗，問候“我是第一個(gè)登上月球的機(jī)器人宇航員，向全中國人民和全世界人民問好”；3）做打太極拳動(dòng)作（雙腳固定）；4）隨音樂節(jié)奏做舞蹈表演；5）向小朋友、中小學(xué)生講解月球的科普知識(shí)；6）展示月面，月球的天空，著陸器內(nèi)部的圖像；7）與小朋友、中小學(xué)生對(duì)話；8）做單擺實(shí)驗(yàn)，在月球的地面上測量月球背面的精確的重力加速度。并驗(yàn)證日本，美國衛(wèi)星在月球背面的重力場觀測數(shù)據(jù)。

高真空中沒有空氣阻力可做高精度測量，而且需要的器材簡單輕便。實(shí)際上在月面時(shí)可以用類單擺的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)裝置可以做到很輕很小。但原理一樣。在月球上只要利用攝像頭得到的圖像就可以得到擺動(dòng)周期，從而計(jì)算出月面上的重力加速度。利用人形機(jī)器人的機(jī)械手來擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。得到的月面上的重力加速度可以驗(yàn)證日本，美國衛(wèi)星在月球背面的重力場觀測數(shù)據(jù)。

為了達(dá)到科普目的，把實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果載入高中課本。想補(bǔ)充說明的是，載入高中課本，不只可以科普，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，還可以讓高中生知道我國的嫦娥探測工程成就，增強(qiáng)民族自豪感和愛國熱情。高中階段培養(yǎng)此種自豪感，無疑對(duì)奠定熱愛祖國的人生觀，對(duì)培養(yǎng)立志長大后把自己的聰明才智獻(xiàn)給祖國的觀念有巨大推動(dòng)作用。另外想補(bǔ)充說明一點(diǎn)，不止有科普意義，把結(jié)果發(fā)表到權(quán)威科學(xué)雜志上還可達(dá)到科學(xué)目的。關(guān)于實(shí)驗(yàn)原理等筆者稍后會(huì)再加說明。

2.2技術(shù)驗(yàn)證

1）驗(yàn)證地月間的聲音處理、編碼、壓縮、傳輸技術(shù)。通信時(shí)間延遲，通信容量有限的情況下的聲音傳輸技術(shù)驗(yàn)證，為將來的載人登月提供幫助。簡易航天服由防熱層，防輻射層，密封層組成，里面充滿空氣，可以傳播聲音，模擬真人宇航員穿著航天服，進(jìn)行聲音方面的技術(shù)驗(yàn)證。

2）驗(yàn)證機(jī)器人的聲控技術(shù)、語言理解技術(shù)、語音處理技術(shù)、會(huì)話技術(shù)。

3）驗(yàn)證機(jī)器人的圖像處理技術(shù)（基于圖像的機(jī)器人自主操作技術(shù)）。

4）驗(yàn)證地月間的視頻處理、編碼、壓縮、傳輸技術(shù)。

5）驗(yàn)證機(jī)器人的遙控操作技術(shù)。從地球上遙控在深空工作的機(jī)器人技術(shù)是重大關(guān)鍵技術(shù)之一。遙控機(jī)器人從工具盒中拿出，釋放，收起擺球，遙控機(jī)器人拿起，揮動(dòng)，收起小國旗，可以成為驗(yàn)證機(jī)器人的遙控操作技術(shù)的好手段。遙控方案分為3個(gè)階段，難度逐漸增加，達(dá)到比較全面掌握在深空工作的多自由機(jī)器人技術(shù)。

6）驗(yàn)證人類控制與機(jī)器人自主控制的分配協(xié)調(diào)控制技術(shù)。

7）驗(yàn)證有模擬時(shí)延情況下的遙控技術(shù)。用軟件模擬時(shí)延1min，5min，10min，20min，40min等，進(jìn)行遙控。40min的情景類似地球與火星間的通信情況，所獲得的遙控技術(shù)可用于接下去的我國的火星探測機(jī)器人上。

8）驗(yàn)證機(jī)器人本身的各項(xiàng)技術(shù)。驗(yàn)證硬件器材技術(shù)，多自由度建模技術(shù)，多自由度控制技術(shù)，力控制技術(shù)。驗(yàn)證有多個(gè)自由度，類人形的機(jī)器人在月面上的控制技術(shù)，機(jī)構(gòu)匹配技術(shù)，智能信息處理技術(shù)。驗(yàn)證在約1/6地球重力的月面上的機(jī)器人技術(shù)。為將來更加復(fù)雜，高度智能的機(jī)器人宇航員提供技術(shù)幫助。

9）驗(yàn)證機(jī)器人的動(dòng)作規(guī)劃技術(shù)。

10）驗(yàn)證機(jī)器人的服務(wù)基本技術(shù)（目視檢查，設(shè)備操作，精密操作，工具操作技術(shù)）。通過釋放擺球，拿起，揮動(dòng)，收起小國旗，通過照著陸器內(nèi)部圖像進(jìn)行驗(yàn)證。為研究將來在月球基地進(jìn)行服務(wù)的機(jī)器人打下技術(shù)基礎(chǔ)。endprint

11）驗(yàn)證機(jī)器人的控制等軟件地面可更新技術(shù)。

12）驗(yàn)證機(jī)器人與人對(duì)話交流時(shí)，講話與身體動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合技術(shù)。

13）驗(yàn)證機(jī)器人的監(jiān)視技術(shù)。把著陸器看成一個(gè)小無人月球基地，把機(jī)器人看成在月球基地內(nèi)部服務(wù)的物體，通過機(jī)器人頭部的攝像頭，把著陸器內(nèi)部的其他儀表儀器的狀況的視頻傳輸?shù)降孛?，起到監(jiān)視的作用。為將來的月球基地建設(shè)提供幫助。

14）驗(yàn)證國產(chǎn)芯片龍芯CPU和自主嵌入式操作系統(tǒng)在登月機(jī)器人上的應(yīng)用技術(shù)。據(jù)悉，國產(chǎn)芯片龍芯CPU有足夠好的性能，強(qiáng)烈建議使用國產(chǎn)CPU和操作系統(tǒng)。發(fā)揮投資航天，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)的作用。

15）驗(yàn)證空間機(jī)器人模擬仿真技術(shù)。地面上的電腦模擬仿真模型與實(shí)際的機(jī)器人相互驗(yàn)證。

16）驗(yàn)證簡化航天服的熱防護(hù)技術(shù)。

17）驗(yàn)證機(jī)器人與無生命系統(tǒng)宇航服的協(xié)調(diào)匹配使用技術(shù)。

3探測方案

3.1設(shè)備組成

設(shè)備組成的示意圖如圖3所示。

設(shè)備主要由4大部分組成：1）登月機(jī)器人宇航員；2）航天服；3）外盒；4）Joystick。機(jī)器人外面穿著航天服。航天服無需生命保障系統(tǒng)，主要由防熱層，防輻射層，密封層組成，可做到輕薄。里面充滿空氣，可以傳播聲音，模擬真人宇航員穿著航天服，進(jìn)行聲音方面的技術(shù)驗(yàn)證。充滿空氣，也有緩沖作用，可防止在發(fā)射，著陸的一系列過程中撞壞機(jī)器人。穿著航天服的人形機(jī)器人的腳用螺絲固定在外盒上。外盒由輕薄，堅(jiān)硬，透明的材料做成，通過彈簧固定在月面著陸器里面。Joystick主要是在地面上遙控在月面上的機(jī)器人。下面詳細(xì)描述四大部分設(shè)備。

3.1.1登月機(jī)器人宇航員

硬件方面，主要的構(gòu)件如圖4所示。

各構(gòu)件的用途等如表1所示。

機(jī)器人宇航員的自由度的示意圖如圖5所示。

圖5的左邊，右邊分別為自由度的正面圖和側(cè)視圖。肩膀3個(gè)自由度，手臂1個(gè)自由度，腳部3個(gè)自由度。頸部有2個(gè)自由度。圖5中未畫出終點(diǎn)的手的自由度。終端的手的自由度如圖6所示，有1個(gè)自由度，能夠夾緊，釋放操作對(duì)象。如此，機(jī)器人共有18個(gè)自由度。能滿足本次任務(wù)要求。

軟件方面，由嵌入式操作系統(tǒng)，必要的機(jī)器人控制軟件，語音處理軟件，圖像處理軟件等。建議采用有自主產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)嵌入式操作系統(tǒng)。

3.1.2航天服

航天服為無生命支持功能的簡易航天服。硬件方面，主要的構(gòu)件如圖7所示。

航天服主要由頭罩、服裝、通信盒組成。頭罩可由輕質(zhì)塑料做成。前面要求透明，要保證機(jī)器人宇航員的頭部攝像頭能夠拍攝到航天服外部的物體。服裝由紡織材料做成。主要由防熱層、防輻射層、密封層組成，可做到又輕又薄。里面充滿空氣，可以傳播聲音，模擬真人宇航員穿著航天服，進(jìn)行聲音方面的技術(shù)驗(yàn)證。充滿空氣，也有緩沖作用，可防止在發(fā)射，著陸的一系列過程中撞壞機(jī)器人。防熱層用于使航天服里面的機(jī)器人處于一個(gè)合適的溫度范圍。防輻射層用于遮擋宇宙的輻射線。密封層用于使航天服處于密封狀態(tài)，使航天服里面的空氣不外漏。

通信盒位于航天服的背后。通信盒的各構(gòu)件的用途等如表2所示。

軟件方面，無需復(fù)雜的軟件，只需一些實(shí)現(xiàn)喇叭，麥克風(fēng)，溫度傳感器等功能的軟件。由單片機(jī)處理。

3.1.3外盒

外盒由輕薄，堅(jiān)硬，透明的材料做成，固定在月面著陸器里面。穿著航天服的人形機(jī)器人的腳用螺絲固定在外盆上。

外盒上可標(biāo)些點(diǎn)，線，供標(biāo)定，定位等使用。外盒上面的四角和中間都釘上掛鉤，看著陸器的傾斜情況選用一個(gè)掛擺球。

硬件方面，主要的構(gòu)件如圖8所示。

外盒的各構(gòu)件的用途等如表3所示。

軟件方面，無需復(fù)雜的軟件，只需一些實(shí)現(xiàn)控制光源，4個(gè)攝像頭，把視頻信號(hào)傳輸?shù)街懫鞯裙δ艿能浖Ｓ蓡纹瑱C(jī)處理。

3.1.4在地面遙控操作用控制器

遙控操作用控制器可以用Joystick，也可以用其他的Haptic Interface設(shè)備。在地面的控制器可看成為Master，在月面上的人形機(jī)器人可看成為Slave。組成Master-Slave系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙控操作技術(shù)驗(yàn)證。

3.2探測原理

3.2.1動(dòng)作演示原理

下面對(duì)單擺實(shí)驗(yàn)的原理進(jìn)行詳細(xì)地描述。其他的動(dòng)作演示的原理容易明白，不再贅述。

1）在月面上利用單擺實(shí)驗(yàn)測量重力加速度的原理。單擺由擺球和擺線組成，如圖9所示。

此處的α就是單擺的最大擺角。

由（11）式、（28）式可知，只要能測得月面上單擺的振動(dòng)周期T，就可以求出月面上的重力加速度。而振動(dòng)周期T可以利用外盒的攝像頭得到的圖像得出。從嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)角度來說，用（28）式計(jì)算，發(fā)表學(xué)術(shù)論文。而從科普的角度來說，用（11）式計(jì)算，把實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)結(jié)果載入高中課本。利用人形機(jī)器人的機(jī)械手來擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置而達(dá)到做實(shí)驗(yàn)的目的。得到的月面上的重力加速度可以驗(yàn)證日本，美國衛(wèi)星在月球背面的重力場觀測數(shù)據(jù)。

3.2.2技術(shù)驗(yàn)證原理

下面對(duì)遙控操作的原理（方案）進(jìn)行重點(diǎn)描述。其他的關(guān)于會(huì)話，音頻信息處理，視頻信息處理，機(jī)器人控制等的技術(shù)驗(yàn)證的原理在此寫的話變成一本厚厚的書不現(xiàn)實(shí)，而且可以從有關(guān)書籍、論文獲得，所以筆者覺得沒必要在此敘述。

1）遙控操作的原理。對(duì)遙控操作，筆者建議的方案是分3個(gè)階段進(jìn)行。復(fù)雜度逐漸增加。以便比較全面地掌握，驗(yàn)證遙控操作的技術(shù)。

（1）第1階段

操作方式：利用Joystick方式。

控制方法：單向控制（Unilateral Control）。

操作設(shè)備：比如可以用游戲用的Joystick。endprint

特點(diǎn)：只把操作者的動(dòng)作指令傳給機(jī)器人。無力反饋信息。

（2）第2階段

操作方式：利用主從方式（Master-Slave）。

控制方法：雙向控制（Bilateral Control）。

操作設(shè)備：比如可以利用Haptic Interface設(shè)備。

特點(diǎn)：設(shè)想周圍環(huán)境信息可知。有力反饋信息。

（3）第3階段

第3階段是第2階段的拓展，與第2階段類似，但設(shè)想周圍環(huán)境信息不足情況下進(jìn)行遙控操作。

操作方式：利用主從方式（Master-Slave）。

控制方法：雙向控制（Bilateral Control）。

操作設(shè)備：比如可以利用Haptic Interface設(shè)備。

特點(diǎn)：設(shè)想周圍環(huán)境信息不足。有力反饋信息。

有時(shí)間延遲情況下的控制方法。對(duì)有時(shí)間延遲情況下的遙控操作的控制方法的研究比較多，比如文獻(xiàn)[1]、[2]、[3]，筆者在此不做多述。人形機(jī)器人的全身運(yùn)動(dòng)的遙控方法。實(shí)現(xiàn)對(duì)人形機(jī)器人的全身運(yùn)動(dòng)的遙控方法，可參考文獻(xiàn)[4]。

3.3安裝方式

外盒安裝在著陸器里面。通過彈簧固定在著陸器里面。

3.4工作模式

在月夜進(jìn)行休眠模式。

3.5與探測器平臺(tái)接口要求

沒有特殊要求。

1）供電接口。要求在非休眠模式，在工作時(shí)供電。估計(jì)不用超過20W。

2）通訊接口。與外盒，簡易航天服內(nèi)的單片機(jī)通信時(shí)用Ethernet有線通信。與人形機(jī)器人的通信可以用Ethernet有線通信，或者無線通信（Bluetooth或WiFi）。

3）機(jī)械接口。由于人形機(jī)器人的高度約35mm左右，估計(jì)外盒的高度要40mm。外盒的長度，寬度，估計(jì)不要少于15mm，如果條件允許，可以再加長點(diǎn)，讓人形機(jī)器人有更多的伸展手腳的空間。

4）熱接口。設(shè)想是，外盒有熱接口通道，由著陸器上的熱控設(shè)備提供初步熱控，把外盒控制在±80℃范圍內(nèi)。如此，人形機(jī)器人由簡易航天服的防熱層提供2次防熱保護(hù)，簡易航天服只要能承受±80℃就行。

4項(xiàng)目創(chuàng)新性

1）國際上首次把人形機(jī)器人送上月球；2）國際上首次把人形機(jī)器人用于月球探測；用人形機(jī)器人進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn)；3）國際上首次在月面上用人形機(jī)器人模擬真人登月宇航員進(jìn)行技術(shù)實(shí)驗(yàn)；4）國際上首次把人形機(jī)器人與無生命支持系統(tǒng)宇航服協(xié)調(diào)匹配使用；5）國際上首次實(shí)現(xiàn)地球上的人類與月球上的機(jī)器人對(duì)話；6）國際上首次實(shí)現(xiàn)地球外星球上機(jī)器人用機(jī)器人揮動(dòng)一個(gè)國家的國旗；7）國際上首次實(shí)現(xiàn)用機(jī)器人在地球外星球上向地球上全世界人民問好；8）國際上首次在月面上遙控人形機(jī)器人做實(shí)驗(yàn)；9）國際上首次在月面上用單擺實(shí)驗(yàn)測量重力加速度；10）設(shè)想載荷在月球背面的話，可做到國際上首次在月球背面測量重力加速度。

5科學(xué)或科普意義

5.1科普意義

1）申請(qǐng)發(fā)明專利和外觀專利。人形機(jī)器人的外觀設(shè)計(jì)成可愛有特色的，讓小朋友、中小學(xué)生喜歡的。

2）在各類科技館展示登月機(jī)器人宇航員；并提供親自遙控機(jī)器人體驗(yàn)揮動(dòng)小國旗，操作實(shí)驗(yàn)等動(dòng)作的機(jī)會(huì)；并可以讓登月機(jī)器人宇航員與參觀人員對(duì)話；可以讓登月機(jī)器人宇航員當(dāng)講解月球科普知識(shí)的講師。

3）建議舉行一次全國的小朋友、中小學(xué)生科普課，讓登月機(jī)器人宇航員實(shí)時(shí)講解月球科普知識(shí)；一起唱國歌；一起做體操；一起唱國歌時(shí)，由登月機(jī)器人宇航員擔(dān)任旗手緩慢逐漸舉起中國人民共和國國旗?；蛘呖梢凿浿埔粡堊尩窃聶C(jī)器人宇航員講解月球科普知識(shí)，且演示操作單擺實(shí)驗(yàn)的錄像片，在高中物理課里播放。也即讓人形機(jī)器人當(dāng)物理老師給高中生上一節(jié)物理課。開啟人形機(jī)器人使用新時(shí)代。

4）授權(quán)產(chǎn)家生產(chǎn)，銷售機(jī)器人零部件，套件，或整個(gè)人形機(jī)器人。地面版本可比月球版本更簡單。價(jià)格不高，易學(xué)習(xí)?？山M裝，可編程。激發(fā)學(xué)習(xí)，創(chuàng)作，創(chuàng)新熱情?？膳浜铣鼋滩摹Ｒ部芍谱魅诵螜C(jī)器人穿或未穿航天服的時(shí)候一樣的外觀的可愛的布娃娃，或塑料玩具。達(dá)到普及科學(xué)知識(shí)，傳播科技創(chuàng)新精神效果。

5）生產(chǎn)，銷售地面版本的人形機(jī)器人的零部件，套件，或整件，銷售具有登月機(jī)器人宇航員外觀的布娃娃，塑料玩具，可以形成一個(gè)機(jī)器人零部件加工，布娃娃制作，塑料玩具制作的產(chǎn)業(yè)鏈，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在各類大學(xué)生，中小學(xué)生的實(shí)驗(yàn)室，機(jī)器人愛好班可以買機(jī)器人的零部件，套件，自己學(xué)習(xí)組裝，并編程。據(jù)說中國未入大學(xué)的孩子有上億人，可愛的人形機(jī)器人，布娃娃，塑料玩具具有巨大的市場潛力。而且以后可以像手機(jī)一樣普及，人手一個(gè)或每個(gè)家庭一個(gè)?？梢赃_(dá)到巨大的經(jīng)濟(jì)規(guī)模。兼具科普意義和經(jīng)濟(jì)意義。

6）把漂亮的圖片載入科普課本。開設(shè)專題網(wǎng)站進(jìn)行宣傳。也可在網(wǎng)上提供虛擬仿真體驗(yàn)。達(dá)到科普目的。

7）可做到公開人形機(jī)器人的一些API接口給高校學(xué)生，有關(guān)研究人員，甚至中小學(xué)生。提供驗(yàn)證不同的遙控操作技術(shù)，機(jī)器人控制技術(shù)，動(dòng)作規(guī)劃技術(shù)等的平臺(tái)。具有無限的可能性。起到很大的科普作用。

8）把文化與科技聯(lián)系起來。建議把登月機(jī)器人宇航員命名為“后羿1號(hào)”。后羿是古代傳說里勇敢的，令人愛戴和尊敬的，為人民造福的英雄。古代傳說里后羿不能登月，只能遠(yuǎn)望著月亮，遙遙無期地期待著和嫦娥相聚?，F(xiàn)在“后羿”“嫦娥”“玉兔”能夠在月球上團(tuán)聚，象征著現(xiàn)代的中國科技逐漸興旺發(fā)達(dá)。當(dāng)然也可在全國征集名字，此本身也是科普活動(dòng)。

9）寫入物理課本當(dāng)參考。單擺是中學(xué)重要的物理模型。在月球的地面上測量月球背面的精確的重力加速度的單擺實(shí)驗(yàn)，可以讓高中生，大學(xué)生參與進(jìn)來?？梢园褱y量方法和測量結(jié)果當(dāng)成科普知識(shí)寫入物理課本當(dāng)參考。不但可得到有實(shí)際意義的科學(xué)數(shù)據(jù)，也可增加學(xué)生的學(xué)習(xí)科技興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和發(fā)散性思維。具有極佳的科普作用。endprint

10）期待申請(qǐng)吉尼斯紀(jì)錄。比如：在距地球最遠(yuǎn)的距離上和地球上的人對(duì)話的機(jī)器人；第一次到月球上的類人形的可愛的機(jī)器人；第一次在地球外星球上舉起一個(gè)國家國旗的機(jī)器人；第一次在地球外星球上向地球上全世界人民問好的機(jī)器人；第一次在地球外星球上操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)器人。

11）向國家有關(guān)部門申請(qǐng)啟用一登月機(jī)器人宇航員，機(jī)器人宇航員一新漢語名詞。申請(qǐng)其英語譯文。然后在維基百科，百度百科等里面創(chuàng)建登月機(jī)器人宇航員，機(jī)器人宇航員詞條。

12）通過登月機(jī)器人宇航員在月球上揮動(dòng)小國旗，唱國歌等等進(jìn)行愛國教育。增強(qiáng)民族自豪感。兼具科普意義和愛國主義教育意義。

5.2科學(xué)意義

1）模擬載人登月地球月球間音頻傳輸，獲取關(guān)于音頻的采集，壓縮，處理，傳輸?shù)燃夹g(shù)。獲取的技術(shù)是我國下一步載人登月時(shí)一定要用到的基本的，又關(guān)鍵的技術(shù)。

2）模擬載人登月地球月球間視頻傳輸，獲取關(guān)于視頻的采集，壓縮，處理，傳輸?shù)燃夹g(shù)。獲取的技術(shù)是我國下一步載人登月時(shí)一定要用到的基本的，又關(guān)鍵的技術(shù)。

3）使我國獲取以下一系列技術(shù)，并增加經(jīng)驗(yàn)。機(jī)器人的遙控技術(shù)，控制技術(shù)，基本服務(wù)技術(shù)，監(jiān)視技術(shù)，動(dòng)作規(guī)劃技術(shù)，軟件地面可更新技術(shù)，講話與身體動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合技術(shù)，國產(chǎn)CPU和自主嵌入式操作系統(tǒng)在航天探測機(jī)器人上的應(yīng)用技術(shù)，航天服的熱防護(hù)技術(shù)，機(jī)器人與無生命支持系統(tǒng)宇航服的協(xié)調(diào)匹配使用技術(shù)。

4）人類首次在月面上精確測量月球背面的重力加速度。利用衛(wèi)星可以在幾十公里的上空上測量月球的重力場，但未必把比直接在月面上測量直接精確。得到的測量結(jié)果有望發(fā)表在《Nature》《Science》等權(quán)威論文雜志上。促進(jìn)科技進(jìn)步。

5）在“科技創(chuàng)新2030——重大項(xiàng)目”里把大力發(fā)展機(jī)器人裝備作為一項(xiàng)重大創(chuàng)新發(fā)展工程。人形機(jī)器人里用國產(chǎn)龍芯CPU，國產(chǎn)嵌入式操作系統(tǒng)，國產(chǎn)馬達(dá)，有助于我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，創(chuàng)新發(fā)展，符合航天高技術(shù)帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的航天強(qiáng)國戰(zhàn)略，符合創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，《中國制造2025》制造強(qiáng)國戰(zhàn)略。

6）驗(yàn)證后得到的技術(shù)拓展性強(qiáng)，能很好地銜接下一步的研究和探測的技術(shù)。有技術(shù)的連續(xù)性和繼承性。為下一步研究更加復(fù)雜，更加智能的機(jī)器人宇航員打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。驗(yàn)證的關(guān)于音頻處理，視頻處理技術(shù)是我國下一步載人登月時(shí)一定要用到的基本的，又關(guān)鍵的技術(shù)。

7）驗(yàn)證的機(jī)器人的遙控技術(shù)，控制技術(shù)，基本服務(wù)技術(shù)，監(jiān)視技術(shù)，動(dòng)作規(guī)劃技術(shù)，軟件地面可更新技術(shù)，講話與身體動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合技術(shù)，國產(chǎn)CPU和自主嵌入式操作系統(tǒng)在航天探測機(jī)器人上的應(yīng)用技術(shù)，航天服的熱防護(hù)技術(shù)，機(jī)器人與無生命系統(tǒng)宇航服的協(xié)調(diào)匹配使用技術(shù)，為我國下一步利用機(jī)器人進(jìn)行月球探測，月球基地建設(shè)，火星探測等等打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

下一步的研究建議：（1）研究開發(fā)：機(jī)器人宇航員（人形機(jī)器人）；可駕駛月球車；地面遙控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)手套，多靈巧手；耐極溫，耐輻射，耐沖撞的無生命系統(tǒng)的機(jī)器人宇航員用航天服；模擬仿真軟件。（2）驗(yàn)證技術(shù)：機(jī)器人宇航員（人形機(jī)器人）在月面上的工具操作和步行技術(shù)；可駕駛的月球車的技術(shù)；人形機(jī)器人駕駛月球車的技術(shù)；從地球遙控人形機(jī)器人進(jìn)行工作操作，進(jìn)行駕駛月球車的技術(shù)；人形機(jī)器人，月球車的電腦模擬仿真技術(shù)。

8）人形機(jī)器人在航天探測等領(lǐng)域有以下意義。本次驗(yàn)證后得到的技術(shù)走出了開端，打下了基礎(chǔ)。有與人的相似性，工具可通用，工作環(huán)境可通用，無需專門為人形機(jī)器人打造工具，工作環(huán)境；無需氧氣，水等生命支持系統(tǒng)，又能完成人類所能進(jìn)行的眾多任務(wù)；短期有人照料和長期有人照料的月球基地上尤其重要；加上呼吸等生理系統(tǒng)，可以模擬人，在人類進(jìn)入月球基地，登上火星前，進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證；可推廣應(yīng)用于空間站，空天飛機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、深海潛水器、人類日常生活等等。

6結(jié)論

筆者提出了一種身高40cm以下，具有18個(gè)自由度的，3kg以下的可愛的小型人形機(jī)器人，穿上無生命保障系統(tǒng)的簡易航天服，進(jìn)行動(dòng)作演示和技術(shù)驗(yàn)證的方案。并具體提出了演示目標(biāo)，要驗(yàn)證的技術(shù)，探測方案，也具體分析了科普意義，科學(xué)意義。該方案也可認(rèn)為是利用人形機(jī)器人宇航員替代真人宇航員進(jìn)行一些載人登月預(yù)演，加上驗(yàn)證人形機(jī)器人本身的技術(shù)。另外還探測重力加速度。該方案有目標(biāo)創(chuàng)新性、技術(shù)繼承性、工程可實(shí)現(xiàn)性，兼具科普意義、科學(xué)意義、愛國主義教育意義和經(jīng)濟(jì)意義，各項(xiàng)意義重大。endprint