百變金剛“中國(guó)臂

主持：大臉兔

2021年7月4日上午，神舟十二號(hào)3名航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波進(jìn)行中國(guó)空間站首次出艙活動(dòng)。3名航天員相互配合，最終劉伯明、湯洪波先后成功出艙。這也是繼神舟七號(hào)飛行乘組順利完成出艙任務(wù)后，時(shí)隔13年，中國(guó)航天員再次執(zhí)行出艙任務(wù)。這次出艙，空間站的機(jī)械臂首次配合航天員共同執(zhí)行任務(wù)。

在這次出艙任務(wù)中，這支“中國(guó)臂”穩(wěn)穩(wěn)地霸占了“熱搜榜”。由于這支機(jī)械臂初始安裝位置在天和核心艙小柱段對(duì)地球一面，因此得名“天和機(jī)械臂”。

它有多厲害呢？用專業(yè)人士的話來(lái)說(shuō)：天和機(jī)械臂是我國(guó)目前智能程度最高、規(guī)模與技術(shù)難度最大、系統(tǒng)最復(fù)雜的空間智能制造系統(tǒng)！天和機(jī)械臂不僅在我國(guó)是最先進(jìn)的，其水平也同樣處于世界前列。

現(xiàn)在讓我們來(lái)簡(jiǎn)單看看天和機(jī)械臂的配置：

①機(jī)械臂展開(kāi)長(zhǎng)度為10.2米（將來(lái)還可以與實(shí)驗(yàn)艙的機(jī)械臂拼接成長(zhǎng)15米的組合機(jī)械臂）。

②總重738千克，最大承載能力達(dá)到25噸。

③擁有七個(gè)自由度。這七個(gè)自由度完全仿真了人類手臂，因此靈活度極高。

④機(jī)械臂兩端各有一個(gè)末端執(zhí)行器，此外還有視覺(jué)相機(jī)系統(tǒng)。

機(jī)械臂的用途主要有以下幾個(gè)方面：空間站的在軌組裝、在軌維修、從貨運(yùn)飛船里搬運(yùn)貨物、輔助航天員出艙活動(dòng)、空間站艙體的檢查、捕獲懸停飛行器等，下面我們來(lái)詳細(xì)了解它是如何運(yùn)作這些動(dòng)作的。

◎空間站外表面爬行

整個(gè)機(jī)械臂憑借兩端的末端執(zhí)行器，與艙體表面適配器依次更替連接，即可隨意在艙體外部進(jìn)行移動(dòng)，靈活度大大增加。只需在空間站各個(gè)艙室表面安裝上相應(yīng)的適配器，就能讓機(jī)械臂隨意抵達(dá)任何位置。

按照預(yù)定計(jì)劃，中國(guó)空間站的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙將會(huì)于2022年5月份到9月份之間發(fā)射升空，最終兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙與核心艙呈現(xiàn)T字形組合。然而這個(gè)形狀并不是一次性形成的，因?yàn)橄胍谔哲壍郎线M(jìn)行垂直對(duì)接，難度與風(fēng)險(xiǎn)都比較大，因此實(shí)驗(yàn)艙只能像載人飛船對(duì)接那樣，從空間站運(yùn)行方向?qū)?，之后再由機(jī)械臂把實(shí)驗(yàn)艙給挪到側(cè)面的對(duì)接口上去。

◎輔助航天員出艙活動(dòng)

這次神舟十二號(hào)任務(wù)中，航天員需要完成兩次出艙，每次出艙時(shí)間長(zhǎng)達(dá)六七個(gè)小時(shí)。雖然空間站外表面廣泛分布著幫助航天員出艙活動(dòng)的手柄裝置，但它們僅能用于小范圍的太空行走，如果要大范圍轉(zhuǎn)移，就需要機(jī)械臂輔助，否則出艙任務(wù)執(zhí)行效率將大大降低。

◎搬運(yùn)貨運(yùn)飛船帶來(lái)的貨物

天和機(jī)械臂能夠從貨運(yùn)飛船里搬運(yùn)貨物，幫助空間站完成建設(shè)。

算上已經(jīng)上天的天舟二號(hào)，總共會(huì)有四艘貨運(yùn)飛船運(yùn)輸貨物進(jìn)空間站。以天舟為例，該型貨運(yùn)飛船有全密封、半開(kāi)放、全開(kāi)放三種標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型，其中半開(kāi)放與全開(kāi)放兩種構(gòu)型都可以承運(yùn)艙外載荷，與空間站對(duì)接后，天和機(jī)械臂就會(huì)自動(dòng)抓取和搬運(yùn)貨物。

◎與實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂組合

除了艙外的天和機(jī)械臂，實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)也配置有一部展開(kāi)長(zhǎng)度5米的小型機(jī)械臂，兩者可對(duì)接組合成長(zhǎng)度超15米的超長(zhǎng)機(jī)械臂，并基于天和機(jī)械臂的艙體爬行功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空間站外表面的全觸達(dá)。

◎艙體檢查

中國(guó)空間站外表面配置了許多功能載荷，還有外掛于艙體表面的暴露實(shí)驗(yàn)器材。同時(shí)，運(yùn)行于近地軌道的空間站還面臨著空間碎片撞擊風(fēng)險(xiǎn)，此外，空間輻照對(duì)艙體表面的影響也很大。尤其是空間碎片撞擊或艙內(nèi)氣體泄漏導(dǎo)致的失壓?jiǎn)栴}最為突出，國(guó)際空間站就經(jīng)常飽受此類問(wèn)題的折磨。

天和機(jī)械臂有一套視覺(jué)監(jiān)視系統(tǒng)，肩部、腕部、肘部各有1臺(tái)視覺(jué)相機(jī)，其中肩部與腕部的視覺(jué)相機(jī)是艙外狀態(tài)監(jiān)視與艙體表面狀態(tài)檢查的主要設(shè)備，可幫助艙內(nèi)航天員或地面人員進(jìn)行空間站的故障排查工作。如果空間站外部有某個(gè)部位損壞，機(jī)械臂就可以先去觀察情況，而不必讓航天員出艙尋找故障點(diǎn)。

◎拆卸轉(zhuǎn)移太陽(yáng)能板

這里轉(zhuǎn)移的是核心艙的太陽(yáng)能板，因?yàn)楫?dāng)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙安裝完畢后，它們所展開(kāi)的太陽(yáng)能板會(huì)遮擋射向核心艙的部分光照。為此中國(guó)科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了“在軌能源拓展功能”，核心艙發(fā)射入軌，太陽(yáng)能板展開(kāi)后還可再次收攏，并在航天員與機(jī)械臂聯(lián)合操作下從核心艙本體分離，轉(zhuǎn)移位置，從而徹底解決因光照遮擋產(chǎn)生的供電能力下降的問(wèn)題，為空間站后續(xù)艙段拓展任務(wù)奠定基礎(chǔ)。

◎監(jiān)視來(lái)訪飛行器并捕獲

天和機(jī)械臂一端攜帶的視覺(jué)相機(jī)系統(tǒng)會(huì)對(duì)來(lái)訪飛行器進(jìn)行“注視”，獲得精準(zhǔn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。當(dāng)飛行器與空間站的距離達(dá)到機(jī)械臂捕獲范圍內(nèi)，機(jī)械臂可以通過(guò)對(duì)接飛行器上的適配器，牢牢將其“抓”住。