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天宫黑科技:7自由度机械臂,臂力25吨,能爬行,还能剪太阳翼?

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  要问中国天宫空间站上最吸睛、最科幻的装置是什么?必定是机械臂无疑了。用专业人士的话来讲:天宫机械臂是我国目前智能程度最高、规模与技术难度最大、系统最复杂的空间智能制造系统!

  

  而且要注意,这个机械臂既是我国最先进的,其水平也同样处于世界前列,甚至可以认为足以媲美国际空间站上的,那个被称为“加拿大臂2号”的机械臂。

  

  加拿大臂

  再纵观我国这二十年来的航天发展以及近半年的航天成就,又是嫦娥五号登月并返回,又是火星探索一次性完成绕落巡三个目标,现在又是空间站建设的如火如荼,美国人终于坐不住了。

  其太空司令部司令詹姆斯·迪金森(James Dickinson)向国会发表了一系列言论,大意为:美军对我国的太空能力感到担忧,尤其是我国的某种卫星可以搭配机械臂,能破坏其它卫星。

  

  说到这,我突然就想起了前阵子特别火的一个动图,如下:

  

  说是我国的空间站来到美国卫星旁边,然后“调皮”地把卫星太阳翼剪断了。说实话,这张动图确实搞笑,但不妨我们认真思考一下,我们的天宫机械臂真有如此能耐吗?

  现在让我们来简单看看天宫机械臂的各项属性:

  ①机械臂展开长度为10.2米(将来还可以与实验舱的机械臂拼接成长度15米的组合机械臂)

  ②总重738千克,最大承载能力达到25吨

  ③拥有七个自由度,想想我们人类手臂的转动,这七个自由度则是完全仿真了人类手臂,因此灵活度极高

  

  ④机械臂两端各有一个末端执行器(你可以把它理解为人的“手”),此外还有视觉相机系统

  天宫机械臂有几大用途

  总的来讲,机械臂的用途有以下几个方面,分别是:空间站的在轨组装、在轨维修、从货运飞船里搬运货物、辅助航天员出舱活动、空间站舱体的检查、捕获悬停飞行器等等,下面我们来仔细瞧瞧它是如何运作这些动作的

  

  • 空间站外表面爬行

  

  从上面那幅动图,我们可以清晰地看到,整个机械臂凭借两端的末端执行器与舱体表面适配器依次更替连接,就可以随意在舱体外部进行移动。

  第一次看到这幅动图时,我是惊叹不已,原本以为会是那种类似于轨道滑行进行位移,没想到竟是这种特别的爬行方式,灵活度大大增加了,因为只需在空间站各个舱室表面,安装上几个适配器就能让机械臂随意抵达任何位置了。毕竟机械臂自身的长度足足有十米,而且弯曲转向非常灵活。

  

  • 实验舱转位

  

  按照预定计划,天宫空间站的两个实验舱将会于2022年5月份到9月份之间发射升空,这时候请注意下面的图片,这是空间站成形后的样子,我们可以看出,两个实验舱与核心舱呈现T字形

  

  而这个形状并不是一次性形成的(指实验舱与核心舱只对接一次),因为想要在太空轨道上进行垂直对接,难度与风险都比较大,因此实验舱只能像载人飞船对接那样,从空间站运行方向对接,之后再由机械臂把实验舱给挪到侧面的对接口上去。

  

  

  • 辅助航天员出舱活动

  

  这次神舟12号任务中,航天员需要完成两次出舱任务,并且每次出舱时间长达六到七个小时,将要在机械臂的支持下,完成舱外设备安装、维修维护等任务(相比于神舟七号出舱任务,不论是时长还是复杂程度都有着质的变化)

  对了,届时航天员还会穿着我国研制的新一代舱外航天服出舱,虽然目前来讲,具体什么时候出舱我们还不知道,但肯定是非常值得期待的(其实这也是本次神舟任务的最大亮点之一)。

  

  新一代舱外航天服

  

  • 搬运货物

  

  机械臂从货运飞船里搬运货物,到空间站完成建成,算上已经上去的天舟二号,总共会有四艘货运飞船会运输货物进空间站。

  

  • 与实验舱机械臂组合

  

  原本安置在核心舱外的机械臂,也可以同实验舱的小机械臂组合形成一个更大的机械臂,总长将达到15米,这样一来就能更好的覆盖空间站外表面

  

  • 舱体检查

  

  由于机械臂装有视觉相机系统,因而可以对空间站外表面进行检查,帮助舱内航天员或者地面人员进行空间站的故障排查工作。举个例子,前阵子国际空间站被太空中的小陨石击中,某个部位损坏了,这时候机械臂就可以先去观察情况,而不必让航天员出舱寻找故障点了。

  

  • 拆卸转移太阳能板

  

  这里转移的是核心舱的太阳能板,因为当两个实验舱安装完毕后,它们所展开的太阳能板会遮挡射向核心舱的部分光照,因而需要将原先的核心舱太阳能板转移位置,这时候就需要借助机械臂的帮助了。

  

  • 监视来访飞行器并捕获

  

  

  从动图可以看出,机械臂一端携带的视觉相机系统会对来访飞行器进行“注视”,获得精细的运行数据,之后当飞行器与空间站的距离达到机械臂捕获范围内,就可以通过对接飞行器上的适配器,牢牢将其抓住了。

  说到这,那么机械臂真的能剪断卫星太阳能板吗?

  其实答案不言自明,就刚才上面讲的最后两项机械臂功能,一个是转移太阳能板,一个是监视外来飞行器并捕获,就足以证明,在适当的条件下,剪卫星太阳能板的事情还是可以办到的。

  那么这个适当条件指的是啥呢?很简单,我们首先得设计一个特制的“剪刀”,将其安装到机械臂一端,其次就是要让空间站与目标卫星的空间位置相互靠近。从目前的技术来看,实际较为困难的是第二个条件,毕竟空间站的动力以及燃料,或许并不支持“追捕”这一动作。

  

  但反过来讲,其实没必要特地跑过去剪,你也可以在机械臂上装个“激光测距仪”呀,反正机械臂那么灵活,瞄个准还是很容易的。

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