中国“一臂之力”惊艳太空（筑梦“太空之家”——中国空间站建设记⑧）

 

　　中国空间站将来建成后在轨运行效果图。

 

 

　　天和机械臂辅助航天员出舱活动示意图。

 

 

　　天和机械臂捕获悬停的航天器并协助其与空间站对接示意图。
　　本文配图均由航天科技集团提供

 

　　中国航天员近日成功进行了首次空间站出舱活动，这一过程通过电视直播镜头，真切呈现在亿万观众的眼前，让人们不仅体验到九天之上回望蓝色地球家园、凝视苍茫太空的别样感动，而且领略到航天科技赋予人类探索太空的伟大力量，见识到中国空间站作为现代科技集大成者拥有的梦幻装备，特别是天和核心舱机械臂。

　　通过画面人们看到，空间站天和核心舱机械臂稳稳地托举着航天员移动至目标位置，那种灵活、轻盈的姿态让人不禁联想到古老传说中徜徉宇宙间的飞天。通过媒体平台播出的有关部门制作的科普视频资料，人们可以全方位了解核心舱机械臂的超强性能，感受到正在建设中的中国空间站十足的智能范儿。

　　

　　巧妙设计七自由度

　　承载能力达廿五吨

　　天和核心舱机械臂简称天和机械臂，由于其初始安装位置是在天和核心舱小柱段而得此名。据航天科技集团五院（中国空间技术研究院）空间站核心舱机械臂分系统主管设计师王储介绍，该机械臂是一款模仿人类手臂的七自由度机械臂。对“七自由度”，他解释说，天和机械臂的肩部设置了3个关节，肘部设置了1个关节，腕部设置了3个关节，一共7个关节，每个关节对应1个自由度，就如同人类的手臂一般，具有7自由度的活动能力。通过各个关节的旋转能够实现前后左右，任意角度与位置的抓取和操作。

　　通过画面，人们可以清楚地看到天和机械臂分为两段。王储从专业角度进行了介绍，他说，从结构上来看，天和机械臂由两根臂杆组成，对应着人体的大臂与小臂，两根臂杆的展开长度为10.2米，可联合动作，单根臂杆也可独立工作。天和机械臂配套了两个末端执行器、一套视觉相机系统、一套总控制器。天和机械臂总重量不到800公斤，但其末端在轨最大承载能力可达25吨。

　　这样的作业能力意味着什么呢？对此，王储解释说，如果把天和机械臂的承载能力换算成人的手臂，就相当于一个成年人可以凭借一只胳膊抬起100公斤的重物。

　　可进行大范围转移

　　助力开展出舱活动

　　在中国空间站首次出舱活动中，天和机械臂托举航天员刘伯明到指定位置圆满完成相关操作任务。据此，人们对其辅助航天员出舱活动的应用有了一定程度认识，了解到天和机械臂是助力航天员实现安全、高效出舱活动的重要设施。

　　航天员出舱活动一般是指航天员离开载人航天器乘员舱，只身进入太空的活动，也被称作太空行走，是载人航天的一项关键技术，是载人航天工程在轨道上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。中国首次实施航天员出舱活动是在2008年9月27日，神舟七号载人飞船乘组指令长翟志刚与协助员刘伯明共同实施了太空行走并释放了伴飞卫星。

　　值得注意的是，天宫空间站组合体与神舟七号飞船相比，不仅规模要大得多，而且开展出舱活动的作业量、作业频次、作业难度也大大增加。这就要求在保障作业安全的同时，提高出舱作业效率和作业能力，天和机械臂优异的性能正好在此方面助一臂之力。据王储介绍，天和机械臂末端可以对接脚限位器，航天员出舱后站在脚限位器上，机械臂就可以安全、平稳地将其送到目标位置，可以实现航天员的大范围转移，进而为航天员执行舱外作业任务提供重要支撑作用。

　　实现表面自由爬行

　　承担舱外巡检任务