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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

據中國載人航天工程辦公室消息，7月4日14時57分，經過約7小時的出艙活動，神舟十二號航天員乘組密切協同，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，天地間大力協同、艙內外密切配合，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，是目前同類航天產品中復雜度最高、規模最大、控制精度最高的空間智能機械系統，主要承擔艙段轉位、航天員出艙活動、艙外貨物搬運、艙外狀態檢查、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、肘部設置了1個關節、腕部設置了3個關節，一共7個關節，每個關節對應1個自由度，具有七自由度的活動能力。通過各個關節的旋轉，能夠實現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”的關節配置方案，肩部和腕部關節配置相同，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，機械臂通過末端執行器與目標適配器對接與分離，同時配合各關節的聯合運動，從而實現在艙體上的爬行轉移。

艙外維修與輔助工具首次亮相

作為航天員執行出艙任務的“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下開展艙外行走、位姿轉換、設備更換、產品安全防護等多項功能，是執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移及防漂，通過與設備端的通用把手底座配合，實現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設計最為復雜的產品，共設計有旋轉、俯仰、滾轉、偏航4個關節自由度，可協助航天員在艙外調整至執行任務的工作姿態；與之配合使用緊密的艙外操作臺，可協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，實現設備或維修工具的臨時存放。便攜式安全帶可協助航天員實現艙外作業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實現了艙內外航天員之間、艙內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實現無線通信全覆蓋。與上一代出艙通信系統相比，該產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，該產品具有更強的空間環境抗電磁干擾能力，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為艙外提供無線網絡覆蓋，通過出艙無線收發設備提供的“熱點”進行圖像傳輸，實現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據傳輸功能。

同時，第三代中繼終端產品通過與天鏈一號、天鏈二號中繼衛星建立中繼鏈路，實現中繼通信，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星、中繼衛星與航天員之間的“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。空間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名航天員狀態良好，后續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