百變金剛“中國臂

主持：大臉兔

2021年7月4日上午，神舟十二號3名航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波進行中國空間站首次出艙活動。3名航天員相互配合，最終劉伯明、湯洪波先后成功出艙。這也是繼神舟七號飛行乘組順利完成出艙任務(wù)后，時隔13年，中國航天員再次執(zhí)行出艙任務(wù)。這次出艙，空間站的機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“中國臂”穩(wěn)穩(wěn)地霸占了“熱搜榜”。由于這支機械臂初始安裝位置在天和核心艙小柱段對地球一面，因此得名“天和機械臂”。

它有多厲害呢？用專業(yè)人士的話來說：天和機械臂是我國目前智能程度最高、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)！天和機械臂不僅在我國是最先進的，其水平也同樣處于世界前列。

現(xiàn)在讓我們來簡單看看天和機械臂的配置：

①機械臂展開長度為10.2米（將來還可以與實驗艙的機械臂拼接成長15米的組合機械臂）。

②總重738千克，最大承載能力達到25噸。

③擁有七個自由度。這七個自由度完全仿真了人類手臂，因此靈活度極高。

④機械臂兩端各有一個末端執(zhí)行器，此外還有視覺相機系統(tǒng)。

機械臂的用途主要有以下幾個方面：空間站的在軌組裝、在軌維修、從貨運飛船里搬運貨物、輔助航天員出艙活動、空間站艙體的檢查、捕獲懸停飛行器等，下面我們來詳細了解它是如何運作這些動作的。

◎空間站外表面爬行

整個機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行移動，靈活度大大增加。只需在空間站各個艙室表面安裝上相應(yīng)的適配器，就能讓機械臂隨意抵達任何位置。

按照預(yù)定計劃，中國空間站的兩個實驗艙將會于2022年5月份到9月份之間發(fā)射升空，最終兩個實驗艙與核心艙呈現(xiàn)T字形組合。然而這個形狀并不是一次性形成的，因為想要在太空軌道上進行垂直對接，難度與風險都比較大，因此實驗艙只能像載人飛船對接那樣，從空間站運行方向?qū)樱笤儆蓹C械臂把實驗艙給挪到側(cè)面的對接口上去。

◎輔助航天員出艙活動

這次神舟十二號任務(wù)中，航天員需要完成兩次出艙，每次出艙時間長達六七個小時。雖然空間站外表面廣泛分布著幫助航天員出艙活動的手柄裝置，但它們僅能用于小范圍的太空行走，如果要大范圍轉(zhuǎn)移，就需要機械臂輔助，否則出艙任務(wù)執(zhí)行效率將大大降低。

◎搬運貨運飛船帶來的貨物

天和機械臂能夠從貨運飛船里搬運貨物，幫助空間站完成建設(shè)。

算上已經(jīng)上天的天舟二號，總共會有四艘貨運飛船運輸貨物進空間站。以天舟為例，該型貨運飛船有全密封、半開放、全開放三種標準構(gòu)型，其中半開放與全開放兩種構(gòu)型都可以承運艙外載荷，與空間站對接后，天和機械臂就會自動抓取和搬運貨物。

◎與實驗艙機械臂組合

除了艙外的天和機械臂，實驗艙內(nèi)也配置有一部展開長度5米的小型機械臂，兩者可對接組合成長度超15米的超長機械臂，并基于天和機械臂的艙體爬行功能，進而實現(xiàn)空間站外表面的全觸達。

◎艙體檢查

中國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驗器材。同時，運行于近地軌道的空間站還面臨著空間碎片撞擊風險，此外，空間輻照對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)致的失壓問題最為突出，國際空間站就經(jīng)常飽受此類問題的折磨。

天和機械臂有一套視覺監(jiān)視系統(tǒng)，肩部、腕部、肘部各有1臺視覺相機，其中肩部與腕部的視覺相機是艙外狀態(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行空間站的故障排查工作。如果空間站外部有某個部位損壞，機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。

◎拆卸轉(zhuǎn)移太陽能板

這里轉(zhuǎn)移的是核心艙的太陽能板，因為當兩個實驗艙安裝完畢后，它們所展開的太陽能板會遮擋射向核心艙的部分光照。為此中國科學(xué)家們設(shè)計了“在軌能源拓展功能”，核心艙發(fā)射入軌，太陽能板展開后還可再次收攏，并在航天員與機械臂聯(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題，為空間站后續(xù)艙段拓展任務(wù)奠定基礎(chǔ)。

◎監(jiān)視來訪飛行器并捕獲

天和機械臂一端攜帶的視覺相機系統(tǒng)會對來訪飛行器進行“注視”，獲得精準的運行數(shù)據(jù)。當飛行器與空間站的距離達到機械臂捕獲范圍內(nèi)，機械臂可以通過對接飛行器上的適配器，牢牢將其“抓”住。