中國空間站出艙利器大揭秘

　　北京時間7月4日14時57分，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(wù)，航天員劉伯明、湯洪波安全返回天和核心艙。整個出艙活動歷時約7小時，牽動人心。

　　百變金剛“中國臂”究竟神奇在哪兒

　　當(dāng)天8時11分，航天員劉伯明成功開啟天和核心艙節(jié)點艙出艙艙門。截至11時02分，劉伯明、湯洪波已先后從天和核心艙節(jié)點艙成功出艙，并已完成在機(jī)械臂上安裝腳限位器和艙外工作臺等工作。

　　在此次出艙任務(wù)中，空間站核心艙機(jī)械臂首次托舉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(jī)的位置，并驗證了機(jī)械臂的大范圍轉(zhuǎn)移能力。

　　空間站核心艙機(jī)械臂是目前我國同類航天產(chǎn)品中復(fù)雜度最高、規(guī)模最大、控制精度最高的空間智能機(jī)械系統(tǒng)。這條被稱作百變金剛的“中國臂”，自從上了天就備受關(guān)注。

　　中國航天科技集團(tuán)五院空間站機(jī)械臂控制系統(tǒng)主任設(shè)計師梁常春說，核心艙機(jī)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(wù)中的“大力士”，其主要承擔(dān)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(shè)備維護(hù)等八大類在軌任務(wù)，為航天員出艙順利開展出艙任務(wù)提供強(qiáng)有力的保證。

　　據(jù)他介紹，空間站核心艙機(jī)械臂是我國首個可長期在太空軌道運行的機(jī)械臂，其肩部設(shè)置了3個關(guān)節(jié)、肘部設(shè)置了1個關(guān)節(jié)、腕部設(shè)置了3個關(guān)節(jié)，一共7個關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)對應(yīng)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”。

　　在這次出艙任務(wù)中，3名航天員都有明確分工。出艙的兩名航天員，一人要為機(jī)械臂安裝上臂支架，包括腳限位器、工作臺等，隨后借助機(jī)械臂進(jìn)行移動。另一名航天員借助艙壁上安裝的扶手，爬行一段距離到作業(yè)點進(jìn)行輔助工作。

　　梁常春告訴記者，由于核心艙機(jī)械臂采用“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(jī)械臂兩端活動功能是一樣的。

　　同時，機(jī)械臂的肩部與腕部各安裝了一個末端執(zhí)行器，作為機(jī)器臂的觸手，末端執(zhí)行器可以對接艙體表面安裝的目標(biāo)適配器，機(jī)械臂通過末端執(zhí)行器與目標(biāo)適配器對接與分離，同時配合各關(guān)節(jié)的聯(lián)合運動，從而實現(xiàn)在艙體上的爬行轉(zhuǎn)移。

　　梁常春說，為實現(xiàn)整個機(jī)械臂的平穩(wěn)運行和精確定位，空間站機(jī)械臂各處裝有“控制大腦”，包括1套機(jī)械臂中央控制器、7套關(guān)節(jié)控制器和兩套末端控制器。

　　航天員出艙后靠啥與地面聯(lián)系

　　進(jìn)行出艙活動時，與地面建立高速及時的通信聯(lián)系尤為重要，出艙活動不僅是對航天員的全方位考驗，也是對空間站天和核心艙與地面測控站間通信能力的一大考驗。

　　中國航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計師柏林厚表示，該院研制的第三代中繼終端產(chǎn)品，通過與中繼衛(wèi)星天鏈一號和天鏈二號建立中繼鏈路，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”。

　　值得一提的是，空間站中繼終端與其他型號在設(shè)計上最大的區(qū)別在于，為了保證在軌使用的壽命，需要具備在軌可維修性。空間站中繼終端采用集成化、模塊化的設(shè)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。

　　柏林厚表示，該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，最新的出艙通信子系統(tǒng)具有通信距離更遠(yuǎn)、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，具有更強(qiáng)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。

　　柏林厚表示，艙外圖像傳輸子系統(tǒng)為艙外提供無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通過出艙無線收發(fā)設(shè)備提供的“熱點”進(jìn)行圖像傳輸，實現(xiàn)了航天員出艙活動進(jìn)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。

　　首次亮相的“出艙工具包”都有啥

　　為航天員執(zhí)行出艙任務(wù)的“機(jī)械伙伴”——艙外維修與輔助工具也首次亮相。

　　此次劉伯明、湯洪波身著的新一代“飛天”艙外航天服為中國自主研制，航天服經(jīng)改進(jìn)后，能滿足身高1.6米到1.8米的人穿著，還能根據(jù)航天員的體型進(jìn)行調(diào)整，且穿脫方便快捷。

　　此外，柏林厚介紹，艙外維修與輔助工具由五院研制，可協(xié)助航天員有效克服在軌著航天服狀態(tài)下手套充壓后操作不便、航天員需單手操作難度大、在軌防飄要求高等難題，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(shè)備更換、產(chǎn)品安全防護(hù)等多項功能，是航天員執(zhí)行艙外活動必不可少的工具。

　　他告訴記者，為了確保艙外維修與輔助工具的健康狀態(tài)良好，滿足首次出艙任務(wù)需求，在首次出艙之前，航天員已在艙內(nèi)進(jìn)行了維修工具的健康狀態(tài)檢查、使用狀態(tài)設(shè)置等各項工作，確保滿足出艙應(yīng)用需求。

　　據(jù)他介紹，艙外維修與輔助工具不僅有用于艙外設(shè)備維修的艙外電動工具、艙外扳手、通用把手等工具，也有各種配合航天員艙外姿態(tài)穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換的便攜式腳限位器、艙外操作臺等輔助工具。

　　作為空間站維修工具產(chǎn)品的“一號選手”，艙外電動工具是此次維修任務(wù)用到的唯一一個機(jī)電類工具，可以適應(yīng)艙外復(fù)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(shè)置有休眠模式。

　　柏林厚介紹，艙外輔助維修工具包含便攜式腳限位器、艙外操作臺、兩種便攜式安全帶及微型工作臺。便攜式腳限位器是此次維修任務(wù)中機(jī)構(gòu)設(shè)計最為復(fù)雜的產(chǎn)品，共設(shè)計旋轉(zhuǎn)、俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航4個關(guān)節(jié)自由度，可協(xié)助航天員在艙外調(diào)整至執(zhí)行任務(wù)的工作姿態(tài)。

　　神舟十二號航天員乘組自6月17日進(jìn)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(jìn)行一次出艙活動。

　　中青報·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來源：中國青年報