百变金刚“中国臂” 再现太空黑科技

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11月8日凌晨,航天员翟志刚、王亚平安全返回中国空间站“天和”核心舱,至此,神舟十三号航天员乘组第一次出舱活动取得圆满成功。出舱活动中,被称作百变金刚“中国臂”的空间站核心舱机械臂再次耀眼太空,引发关注。

核心舱机械臂展开长度为10米,最多能承载25吨的重量,是空间站任务中的“大力士”,其主要承担舱段转位、航天员出舱活动、舱外货物搬运、舱外状态检查、舱外大型设备维护等8大类在轨任务。

据中国航天科技集团五院空间站机械臂飞控负责人高升介绍,空间站核心舱机械臂是我国首个可长期在太空轨道运行的机械臂,其肩部设置了3个关节、肘部设置了1个关节、腕部设置了3个关节,一共7个关节,每个关节对应一个自由度,就如同人的手臂一般,具有较为灵活的活动能力。

“在这次出舱活动中,核心舱机械臂托举航天员到达指定位置开展出舱操作,顺利完成了‘机械臂级联装置’的安装工作,为后续实现‘擎天巨臂的组合’打下扎实基础。”高升说。

打通“任督二脉”

据高升介绍,空间站机械臂由“天和”核心舱机械臂和“问天”实验舱机械臂组成,前者是大臂,后者是小臂。

按照空间站关键技术验证及建造阶段的任务规划,实验舱机械臂将随“问天”实验舱一起发射入轨,并将在太空中与“天和”核心舱机械臂完成“大小臂在轨组合”。要实现这一操作,并不容易。

高升告诉记者,核心舱机械臂长度为10米,实验舱机械臂长度为5米,两者“体型”差异较大,端口设计有较大差别。如何做好两个机械臂的对接,实现“1+1="1"”的效果,对研制团队来说是一个巨大的创新难题。

此次出舱活动的重要“配角”——“机械臂级联装置”,由“双臂组合转接件”和“悬挂装置”组成,是空间站机械臂实现组合动作的关键装备。其中,“双臂组合转接件”更是被研制人员形象地比喻为“宇宙级机械臂转接头”。

“有了双臂组合转接件这个‘宇宙级机械臂转接头’,不仅可以‘四两拨千斤’,有助于完成两个机械臂的接口互连,还可以实现两者间电气和信息的互通,在恶劣的太空环境中安全打通两个机械臂之间的‘任督二脉’。”高升说。

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他告诉记者,随着我国空间站建设顺利推进,“双臂组合转接件”将帮助两个形态截然不同的机械臂,完成转接,保证组合机械臂具备承载更大载荷进行大范围转移的能力。

收“刀”回“鞘”

那么,“双臂组合转接件”和“悬挂装置”之间到底是什么关系?

中国航天科技集团五院空间站机械臂悬挂装置主管设计师高翔宇打了个比方:如果把“双臂组合转接件”比作“刀剑”,那么“悬挂装置”就是“刀鞘”。

在11月7-8日的出舱活动中,航天员需要先在“天和”核心舱舱壁上安装“悬挂装置”,并确认抱爪结构,用于捕获和存放“双臂组合转接件”,为后者提供电源。

完成“悬挂装置”安装后,航天员翟志刚轻推“双臂组合转接件”进入卡口位置。这时,“悬挂装置”则在指令的遥控下,通过抱爪结构将“双臂组合转接件”抓住,并将其“拥入怀中”。

高翔宇告诉记者,未来,当空间站的两个机械臂开展对接工作时,“天和”核心舱机械臂将主动探向“双臂组合转接件”,通过末端视觉相机识别靶标,将其从“悬挂装置”上精准取出,进而完成与“问天”实验舱机械臂的组合,形成更长、更稳定的灵巧型空间机器人。

“这不仅是世界首次,更是中国智慧的重要体现。”高翔宇说。

到那时,空间站机械臂的总长度,将拓展至14.5米,活动范围可直接覆盖空间站三个舱段,随时实现对空间站舱体表面的“巡检”。在完成在轨任务后,空间站机械臂又要回到大小机械臂两个部分,这时,“双臂组合转接件”自然是收“刀”入“鞘”——由核心舱机械臂将“双臂组合转接件”重新放回“悬挂装置”之中。

中国航天科技集团五院空间站机械臂双臂组合转接件主管设计师朱超憧憬着两个机械臂组装起来的壮观模样,他说,“在空间站未来完成三舱组合后,航天员出舱任务大部分将由组合臂的形式完成,进一步向世界展示着中国智慧。”

2021年11月09日 12 版

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