百變金剛“中國臂

主持：大臉兔

2021年7月4日上午，神舟十二號3名航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波進行中國空間站首次出艙活動。3名航天員相互配合，最終劉伯明、湯洪波先后成功出艙。這也是繼神舟七號飛行乘組順利完成出艙任務后，時隔13年，中國航天員再次執行出艙任務。這次出艙，空間站的機械臂首次配合航天員共同執行任務。

在這次出艙任務中，這支“中國臂”穩穩地霸占了“熱搜榜”。由于這支機械臂初始安裝位置在天和核心艙小柱段對地球一面，因此得名“天和機械臂”。

它有多厲害呢？用專業人士的話來說：天和機械臂是我國目前智能程度最高、規模與技術難度最大、系統最復雜的空間智能制造系統！天和機械臂不僅在我國是最先進的，其水平也同樣處于世界前列。

現在讓我們來簡單看看天和機械臂的配置：

①機械臂展開長度為10.2米（將來還可以與實驗艙的機械臂拼接成長15米的組合機械臂）。

②總重738千克，最大承載能力達到25噸。

③擁有七個自由度。這七個自由度完全仿真了人類手臂，因此靈活度極高。

④機械臂兩端各有一個末端執行器，此外還有視覺相機系統。

機械臂的用途主要有以下幾個方面：空間站的在軌組裝、在軌維修、從貨運飛船里搬運貨物、輔助航天員出艙活動、空間站艙體的檢查、捕獲懸停飛行器等，下面我們來詳細了解它是如何運作這些動作的。

◎空間站外表面爬行

整個機械臂憑借兩端的末端執行器，與艙體表面適配器依次更替連接，即可隨意在艙體外部進行移動，靈活度大大增加。只需在空間站各個艙室表面安裝上相應的適配器，就能讓機械臂隨意抵達任何位置。

按照預定計劃，中國空間站的兩個實驗艙將會于2022年5月份到9月份之間發射升空，最終兩個實驗艙與核心艙呈現T字形組合。然而這個形狀并不是一次性形成的，因為想要在太空軌道上進行垂直對接，難度與風險都比較大，因此實驗艙只能像載人飛船對接那樣，從空間站運行方向對接，之后再由機械臂把實驗艙給挪到側面的對接口上去。

◎輔助航天員出艙活動

這次神舟十二號任務中，航天員需要完成兩次出艙，每次出艙時間長達六七個小時。雖然空間站外表面廣泛分布著幫助航天員出艙活動的手柄裝置，但它們僅能用于小范圍的太空行走，如果要大范圍轉移，就需要機械臂輔助，否則出艙任務執行效率將大大降低。

◎搬運貨運飛船帶來的貨物

天和機械臂能夠從貨運飛船里搬運貨物，幫助空間站完成建設。

算上已經上天的天舟二號，總共會有四艘貨運飛船運輸貨物進空間站。以天舟為例，該型貨運飛船有全密封、半開放、全開放三種標準構型，其中半開放與全開放兩種構型都可以承運艙外載荷，與空間站對接后，天和機械臂就會自動抓取和搬運貨物。

◎與實驗艙機械臂組合

除了艙外的天和機械臂，實驗艙內也配置有一部展開長度5米的小型機械臂，兩者可對接組合成長度超15米的超長機械臂，并基于天和機械臂的艙體爬行功能，進而實現空間站外表面的全觸達。

◎艙體檢查

中國空間站外表面配置了許多功能載荷，還有外掛于艙體表面的暴露實驗器材。同時，運行于近地軌道的空間站還面臨著空間碎片撞擊風險，此外，空間輻照對艙體表面的影響也很大。尤其是空間碎片撞擊或艙內氣體泄漏導致的失壓問題最為突出，國際空間站就經常飽受此類問題的折磨。

天和機械臂有一套視覺監視系統，肩部、腕部、肘部各有1臺視覺相機，其中肩部與腕部的視覺相機是艙外狀態監視與艙體表面狀態檢查的主要設備，可幫助艙內航天員或地面人員進行空間站的故障排查工作。如果空間站外部有某個部位損壞，機械臂就可以先去觀察情況，而不必讓航天員出艙尋找故障點。

◎拆卸轉移太陽能板

這里轉移的是核心艙的太陽能板，因為當兩個實驗艙安裝完畢后，它們所展開的太陽能板會遮擋射向核心艙的部分光照。為此中國科學家們設計了“在軌能源拓展功能”，核心艙發射入軌，太陽能板展開后還可再次收攏，并在航天員與機械臂聯合操作下從核心艙本體分離，轉移位置，從而徹底解決因光照遮擋產生的供電能力下降的問題，為空間站后續艙段拓展任務奠定基礎。

◎監視來訪飛行器并捕獲

天和機械臂一端攜帶的視覺相機系統會對來訪飛行器進行“注視”，獲得精準的運行數據。當飛行器與空間站的距離達到機械臂捕獲范圍內，機械臂可以通過對接飛行器上的適配器，牢牢將其“抓”住。