核心艙機械臂托舉航天員順利完成出艙任務

高曉雷 張宇 郭睿（北京空間飛行器總體設計部）

2021年7月4日，神舟十二號航天員劉伯明、湯洪波順利出艙，雄偉有力的空間站核心艙機械臂首次托舉航天員劉伯明到指定位置，圓滿完成出艙操作，抬升天和核心艙艙外全景相機的位置，并驗證了機械臂的大范圍轉(zhuǎn)移能力，在剛剛迎來建黨百年華誕之際，完成了我國空間站工程建造任務的又一壯舉。

此次出艙活動，圓滿完成了艙外活動相關(guān)設備組裝、全景相機抬升等任務，首次檢驗了航天員與機械臂協(xié)同工作的能力及出艙活動相關(guān)支持設備的可靠性與安全性，為空間站后續(xù)出艙活動的順利實施奠定了重要基礎。

攻關(guān)嶄新領域，展現(xiàn)中國力量

空間站核心艙機械臂由中國空間技術(shù)研究院抓總研制，是目前同類航天產(chǎn)品中復雜度最高、規(guī)模最大、控制精度最高的空間智能機械系統(tǒng)，主要承擔艙段轉(zhuǎn)位、航天員出艙活動、艙外貨物搬運、艙外狀態(tài)檢查、艙外大型設備維護等八大類在軌任務。其中核心艙機械臂展開長度為10.2m，最多能承載25t的質(zhì)量，是中國空間站型號任務中的“大力士”。

空間站機械臂是我國航天發(fā)展的新領域之一，是空間站組裝、建造以及航天員艙外操作的重要裝備。研制過程中在關(guān)鍵技術(shù)、原材料選用、制造工藝、適應空間站環(huán)境的長壽命設計等方面均取得了巨大的突破和創(chuàng)新。空間站機械臂并非單一的專業(yè)產(chǎn)品，而是融合了機、電、熱、控制、光學等多個專業(yè)。

空間站機械臂是一款模仿人類手臂的七自由度機械臂，核心艙機械臂的肩部設置了3個關(guān)節(jié)、肘部設置了一個關(guān)節(jié)、腕部設置了3個關(guān)節(jié)，一共7個關(guān)節(jié)。每一個關(guān)節(jié)對應一個自由度，就如同人的手臂一般，具有七自由度的活動能力，通過各個關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)自身前后左右任意角度與位置的抓取和操作，真實地模擬了人類手臂的靈活運動，為航天員順利開展出艙任務提供了強有力的保證。

核心艙機械臂具備七自由度活動能力

國產(chǎn)核心部件，引領中國創(chuàng)新

空間站機械臂研制團隊踐行自立自強的創(chuàng)新精神，全面跨越國際技術(shù)封鎖，在國內(nèi)首次提出并實現(xiàn)了可爬行、可維護的大型七自由度全對稱構(gòu)型空間機械臂系統(tǒng)方案。

為擴大任務觸及范圍，空間站核心艙機械臂具備“爬行”功能，由于核心艙機械臂采用了“肩3+肘1+腕3”的關(guān)節(jié)配置方案，肩部和腕部關(guān)節(jié)配置相同，意味著機械臂兩端活動功能一致。同時肩部與腕部各安裝了一個末端執(zhí)行器，作為機器臂的觸手，末端執(zhí)行器可以對接艙體表面安裝的目標適配器，機械臂通過末端執(zhí)行器與目標適配器對接與分離，同時配合各關(guān)節(jié)的聯(lián)合運動，就能實現(xiàn)在艙體上的爬行轉(zhuǎn)移。

機械臂大小臂組合試驗

空間站核心艙機械臂是我國首個可長期在太空軌道運行的機械臂，它能真實模擬人手臂的靈活轉(zhuǎn)動，通過旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，能在前后左右的任何角度和部位抓取物體，是我國首次實現(xiàn)大型空間機械臂的工程研制產(chǎn)品。

中國空間站核心艙機械臂的研制攻關(guān)歷程，是中國航天科技發(fā)展求索創(chuàng)新之路的一個縮影。在空間站機械臂研制團隊的努力下，全部核心部件實現(xiàn)國產(chǎn)化，并形成了多項國家空間機器人行業(yè)標準，引領空間智能裝備的中國制造之路。