太空“大力神”

在國(guó)際空間站和中國(guó)空間站上，有好幾套機(jī)械臂，它們?cè)诮ㄔ臁⑦\(yùn)營(yíng)、維修及航天員出艙活動(dòng)等過(guò)程中，發(fā)揮著不可或缺的作用。

國(guó)際空間站移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)

在國(guó)際空間站上，有一條渾圓結(jié)實(shí)的“手臂”，它就是移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)。它由5個(gè)子系統(tǒng)組成：空間站遙控機(jī)械臂系統(tǒng)、移動(dòng)服務(wù)基座系統(tǒng)、末端靈巧機(jī)械手、移動(dòng)運(yùn)輸裝置和機(jī)器人工作站。

空間站遙控機(jī)械臂系統(tǒng)（又稱“加拿大臂-2”）是整套移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)中最重要的部件。2001年4月22日，它安裝到了國(guó)際空間站上。在國(guó)際空間站的建造過(guò)程中，它發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，參與了空間站的組裝。

小百科

加拿大研制了2套機(jī)械臂系統(tǒng)。一個(gè)是為美國(guó)航天飛機(jī)建造的，叫“加拿大臂-1”；另一個(gè)就是為國(guó)際空間站建造的機(jī)械臂系統(tǒng)——加拿大臂-2。

加拿大臂-2的“手臂”重達(dá)1.8噸，長(zhǎng)度將近18米，最大可承載116噸重的物體，可以輕松抓捕“龍”飛船。

它不僅力氣大，而且還很靈活精準(zhǔn)，具有7個(gè)自由度，在不攜帶載荷時(shí)，能移動(dòng)到距目標(biāo)點(diǎn)約64毫米的范圍內(nèi)。

它有肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)。整個(gè)機(jī)械臂以肘關(guān)節(jié)為中心對(duì)稱，可以在國(guó)際空間站上“行走”，每個(gè)關(guān)節(jié)還可以在軌進(jìn)行更換。

日本實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂

日本希望號(hào)實(shí)驗(yàn)艙是國(guó)際空間站重要的實(shí)驗(yàn)艙段。日本研制了一款機(jī)械臂? 日本實(shí)驗(yàn)艙遠(yuǎn)程機(jī)械臂，專職服務(wù)于希望號(hào)實(shí)驗(yàn)艙，用于艙段維護(hù)以及艙外操作。

日本實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂總重約1噸，長(zhǎng)度為加拿大臂-2的一半左右，包括1個(gè)長(zhǎng)約10米主機(jī)械臂和1個(gè)長(zhǎng)約2.2米的小機(jī)械臂，2008年發(fā)射至國(guó)際空間站。

主機(jī)械臂負(fù)責(zé)“體力活”，如對(duì)停泊的日本貨運(yùn)飛船進(jìn)行抓捕，最大可移動(dòng)7噸的物體。

小機(jī)械臂主要執(zhí)行精細(xì)操作，如天線安裝、更換在軌可更換單元等，以航天員手動(dòng)操作為主，自主控制為輔。

歐洲機(jī)械臂歐洲機(jī)械臂由荷蘭空間中心研制，服務(wù)于俄羅斯科學(xué)號(hào)多功能實(shí)驗(yàn)艙，主要用于在軌裝配（如安裝隔熱板）、輔助開(kāi)展艙外活動(dòng)等，從而降低航天員太空行走的難度。

歐洲機(jī)械臂

于2021年發(fā)射升空，成為國(guó)際空間站的第三條機(jī)械臂。它采用端對(duì)稱的設(shè)計(jì)，因此也可以在艙段之間移動(dòng)。

歐洲機(jī)械臂由碳纖維材料和鋁制材料制成，盡管材質(zhì)輕便，承載能力卻毫不含糊，能夠抓捕8噸物體。

中國(guó)空間站機(jī)械臂

早在2007年，中國(guó)就啟動(dòng)了空間站機(jī)械臂的預(yù)先研究，開(kāi)展了大量技術(shù)論證工作。中國(guó)空間站配備了2套機(jī)械臂系統(tǒng)? 天和核心艙機(jī)械臂和問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂，分別于2021年4月和2022年7月發(fā)射升空。

兩套機(jī)械臂系統(tǒng)除了在長(zhǎng)度、負(fù)載能力等方面具有差異之外，大臂和小臂在系統(tǒng)功能、配置、構(gòu)型和自由度數(shù)量等方面基本一致。機(jī)械臂由7個(gè)關(guān)節(jié)（3個(gè)肩關(guān)節(jié)、1個(gè)肘關(guān)節(jié)和3個(gè)腕關(guān)節(jié)）、肩部和腕部各1個(gè)末端執(zhí)行器、2個(gè)臂桿、1個(gè)中央控制器以及1套視覺(jué)相機(jī)系統(tǒng)組成。

機(jī)械臂可以支持航天員進(jìn)行艙外活動(dòng)。如2023年12月21日，神舟十七號(hào)航天員湯洪波登上機(jī)械臂，來(lái)至核心艙太陽(yáng)翼的作業(yè)點(diǎn)位，進(jìn)行巡檢和修復(fù)。

機(jī)械臂還可以為空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供支持，減少航天員的出艙次數(shù)和工作量。如2023年6月9日，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的空間輻射生物學(xué)暴露實(shí)驗(yàn)裝置由機(jī)械臂送到了艙外。這是我國(guó)首次開(kāi)展艙外輻射生物學(xué)暴露實(shí)驗(yàn)。