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航天員的艙外“好幫手”機械臂大展身手艙外維修與輔助工具首次亮相

2021-07-05 16:29:35 來源：科技日報

據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，7月4日14時57分，經(jīng)過約7小時的出艙活動，神舟十二號航天員乘組密切協(xié)同，圓滿完成出艙活動期間全部既定任務，航天員劉伯明、湯洪波安全返回天和核心艙，標志著我國空間站階段航天員首次出艙活動取得圓滿成功。這是繼2008年神舟七號載人飛行任務后，中國航天員再次實施的空間出艙活動，也是空間站階段中國航天員的首次空間出艙活動。

此次出艙活動，天地間大力協(xié)同、艙內(nèi)外密切配合，圓滿完成了艙外活動相關設備組裝、全景相機抬升等任務，首次檢驗了我國新一代艙外航天服的功能性能，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。

當然，要完成艙外活動各項任務，離不開高科技裝備的支持，讓我們來認識一下航天員的艙外“好幫手”。

機械臂大展身手

此次出艙活動中，核心艙機械臂首次托舉航天員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，其大范圍轉(zhuǎn)移能力也得到了驗證。

核心艙機械臂展開長度為10.2米，最多能承載25噸的重量，是空間站任務中的“大力士”。該機械臂由中國航天科技集團五院（以下簡稱五院）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8大類在軌任務。

記者從五院了解到，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，其肩部設置了3個關節(jié)、肘部設置了1個關節(jié)、腕部設置了3個關節(jié)，一共7個關節(jié)，每個關節(jié)對應1個自由度，具有七自由度的活動能力。通過各個關節(jié)的旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)前后左右任意角度與位置的抓取和操作，為航天員出艙順利開展任務提供強有力的保證。

為擴大任務觸及范圍，該機械臂還具備“爬行”功能。其采用“肩3+肘1+腕3”的關節(jié)配置方案，肩部和腕部關節(jié)配置相同，意味著機械臂兩端活動功能相同；肩部與腕部各裝有一個末端執(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，同時配合各關節(jié)的聯(lián)合運動，從而實現(xiàn)在艙體上的爬行轉(zhuǎn)移。

艙外維修與輔助工具首次亮相

作為航天員執(zhí)行出艙任務的“機械伙伴”，由五院研制的艙外維修與輔助工具，可協(xié)助航天員有效克服航天服手套充壓后操作不便、高難度單手操作、在軌防漂要求高等難題，具備輔助航天員在軌著航天服狀態(tài)下開展艙外行走、位姿轉(zhuǎn)換、設備更換、產(chǎn)品安全防護等多項功能，是執(zhí)行艙外活動必不可少的工具，其包括用于艙外設備維修的艙外電動工具、艙外扳手、通用把手等。

艙外電動工具是此次維修任務用到的唯一機電類工具，它可以適應艙外復雜的真空和高低溫環(huán)境，具有定力矩擰緊、擰松的工作模式，并且設置有休眠模式。

艙外通用把手可以安裝到維修設備上，用于航天員在軌維修時進行待維修設備的轉(zhuǎn)移及防漂，通過與設備端的通用把手底座配合，實現(xiàn)航天員單手完成對設備的快速鎖定、解鎖。

艙外輔助維修工具還包含便攜式腳限位器、2種便攜式安全帶、艙外操作臺及微型工作臺等輔助工具。便攜式腳限位器是此次維修任務中機構(gòu)設計最為復雜的產(chǎn)品，共設計有旋轉(zhuǎn)、俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航4個關節(jié)自由度，可協(xié)助航天員在艙外調(diào)整至執(zhí)行任務的工作姿態(tài)；與之配合使用緊密的艙外操作臺，可協(xié)助航天員進行維修任務時掛放設備和維修工具，解放航天員雙手，實現(xiàn)設備或維修工具的臨時存放。便攜式安全帶可協(xié)助航天員實現(xiàn)艙外作業(yè)位置設備及維修工具的防漂。與航天服直接相連的微型工作臺，則像一根多功能腰帶一樣環(huán)繞在航天服腰部，將航天員出艙使用的艙外電動工具、艙外通用把手和艙外扳手隨身攜帶，確保航天員隨用隨取。

信號全覆蓋，除了通話還能“直播”

航天員進行出艙活動時，與地面建立高速、及時的通信聯(lián)系極為重要。出艙活動不僅是對航天員的全方位考驗，也是對天和核心艙與地面測控站之間通信能力的一大考驗。

五院研制的出艙通信子系統(tǒng)實現(xiàn)了艙內(nèi)外航天員之間、艙內(nèi)外航天員與地面人員之間，以及艙外航天員之間的全雙工語音通信，在航天員艙外活動范圍內(nèi)實現(xiàn)無線通信全覆蓋。與上一代出艙通信系統(tǒng)相比，該產(chǎn)品具有通信距離更遠、通信速率更高、工作壽命更長等特點，同時由于采用了功率控制、抗多徑等措施，該產(chǎn)品具有更強的空間環(huán)境抗電磁干擾能力，并支持多名航天員同時出艙活動時的通話功能。

艙外圖像傳輸子系統(tǒng)為艙外提供無線網(wǎng)絡覆蓋，通過出艙無線收發(fā)設備提供的“熱點”進行圖像傳輸，實現(xiàn)了對航天員出艙活動進行實時顯示、實時記錄等功能，以及為太陽翼繞行測量試驗提供數(shù)據(jù)傳輸功能。

同時，第三代中繼終端產(chǎn)品通過與天鏈一號、天鏈二號中繼衛(wèi)星建立中繼鏈路，實現(xiàn)中繼通信，確保航天員與地面通信的實時暢通。這就好比在太空中搭建了地面與中繼衛(wèi)星、中繼衛(wèi)星與航天員之間的“天路”。

空間站中繼終端與其他型號在設計上最大的區(qū)別在于，為了保證在軌使用的長壽命，需要具備在軌可維修性?？臻g站中繼終端采用了集成化、模塊化的設計思路，在保證傳輸信號質(zhì)量的同時，方便航天員維修更換。

神舟十二號航天員乘組自6月17日進駐天和核心艙以來，按計劃開展了各項工作，目前3名航天員狀態(tài)良好，后續(xù)在軌飛行期間還將進行一次出艙活動。

標簽：好幫手航天員機械臂維修輔助工具