1.4　空间机械臂故障案例及容错需求分析

空间机械臂所处的太空环境中，存在真空、高低温交变、紫外辐射、电离效应、空间碎片等因素，这些因素会严重影响空间机械臂内部复杂零部件的强度和使用寿命。同时，空间机械臂长周期服役过程中常执行繁重、复杂的空间任务，也易导致内部零部件磨损加剧，增加空间机械臂发生故障的概率。空间机械臂自研发投入空间应用以来，发生过一些故障，主要集中在国际上极具代表性的机械臂SSRMS上。

案例1：2001年4月，SSRMS先后发生腕关节和肩关节故障，导致整个机械臂无法正常工作，原定的“发现者号”发射任务也被迫推迟了一个月。

案例2：2011年2月28日，国际空间站的一名美国航天员在利用SSRMS执行太空行走任务时，机械臂控制系统发生故障，致使所有关节锁定而失去运动能力，导致该名航天员被困于机械臂末端近半小时。

案例3：长期服役的SSRMS关节间润滑油减少，导致各关节的最大输出力矩下降，进而使得关节运动性能发生严重退化。2017年3月24日，美国航天员与欧洲空间局航天员同时出舱作业近6.5 h，通过在各关节间涂润滑油完成了对机械臂的维护。

案例4：2017年10月5日，SSRMS上的两个“锁合末端效应器”之一发生自由摆动故障，导致机械臂无法通过协同控制两个“锁合末端效应器”完成对舱体等操作对象的抓取任务，进而迫使两位航天员耗费近7 h进行舱外作业以实现对故障组件的替换。同月10日，两位航天员再次出舱作业，对发生老化的SSRMS进行了系统维修。

上述案例中，空间机械臂关节或执行器发生故障，使得空间机械臂运动能力下降甚至完全丧失，进而导致空间任务失败，甚至对航天员安全造成威胁。此外，空间机械臂故障排除耗费了大量时间，并导致后续空间任务的推迟与取消，维修成本高昂且维修难以及时进行。因此，针对空间任务，有必要研究空间机械臂容错技术，使发生故障的空间机械臂在故障未修复的情况下可继续执行空间任务，尽量减小故障对空间任务的影响，并避免安全事故的发生。

综上所述，空间机械臂作为执行空间任务的重要装备，其长期可靠运行是系列航天计划顺利实施的重要保障。然而，空间机械臂可能发生的各类故障会严重影响空间任务的正常执行以及航天员的安全。为此，以空间机械臂安全、可靠运行为目标，研究空间机械臂容错技术，降低各类故障发生的概率以及故障对空间机械臂运动能力等方面的影响，使其继续可靠执行空间任务，对保障系列航天计划顺利实施有着重要意义。