1.3.1　空间机械臂应用环境特点分析

空间机械臂工作于地外空间中，从设计阶段到发射阶段再到使用阶段，均需要考虑微重力、真空、高低温交变、紫外辐射、电离效应、原子氧、空间碎片等诸多特殊环境因素的影响。

① 微重力：空间环境中由重力或其他外力引起的加速度不超过1×10^-5～1×10^-4g（g为地面的重力加速度）。

② 真空：空间环境的真空度通常可以达到1×10^-2～1×10^-11 Pa，该环境下材料干摩擦、冷焊以及液体润滑材料挥发等效应较为显著。

③ 高低温交变：由于空间热传导和热辐射等热交换能力差，光照面和阴影面存在较大温差，这样极端的温度交变会对空间机械臂机构运动产生一定影响。

④ 紫外辐射：太阳辐射出的紫外线可导致空间机械臂高分子聚合材料的弹性和强度降低。

⑤ 电离效应：在电离效应（包括空间重离子及质子效应）的影响下，空间机械臂上的电子器件易出现性能下降、工作不稳定甚至完全失效现象。

⑥ 原子氧：原子氧与空间机械臂发生相互作用可能引起空间机械臂材料的剥蚀老化。

⑦ 空间碎片：人类空间活动产生的火箭推进器、废弃失效卫星，以及空间碰撞事故产生的碎块等，会严重影响空间机械臂的运行安全。

空间机械臂工作面临的部分环境如图1-16所示。由此可见，特殊的工作环境给空间机械臂结构设计、材料选取、规划控制等带来挑战。为保证空间任务执行过程中空间机械臂的正常运行，需从各个方面全面提升空间机械臂的可靠性。通常来讲，空间机械臂的可靠性分为固有可靠性和使用可靠性两类，前者是指在设计与制造过程中所赋予空间机械臂的固有属性，后者则是指实际使用过程中空间机械臂所表现出的可靠性。通过在空间机械臂服役过程中引入规划与控制策略，可以延缓空间机械臂固有可靠性的衰减，并保持与提升使用可靠性，使得空间机械臂具备较强的空间环境适应能力。

图1-16　空间机械臂工作面临的部分环境