中國空間站機械臂有多牛?臂力25噸,自由爬行,還能剪太陽翼?

要問中國天宮空間站上最吸睛、最科幻的裝置是什麼?必定是機械臂無疑了。用專業人士的話來講:天宮機械臂是我國目前智慧程度最高、規模與技術難度最大、系統最複雜的空間智慧製造系統!

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而且要注意,這個機械臂既是我國最先進的,其水平也同樣處於世界前列,甚至可以認為足以媲美國際空間站上的,那個被稱為“加拿大臂2號”的機械臂。

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加拿大臂

再縱觀我國這二十年來的航天發展以及近半年的航天成就,又是嫦娥五號登月並返回,又是火星探索一次性完成繞落巡三個目標,現在又是空間站建設的如火如荼,美國人終於坐不住了。

其太空司令部司令詹姆斯·迪金森(James Dickinson)向國會發表了一系列言論,大意為:美軍對我國的太空能力感到擔憂,尤其是我國的某種衛星可以搭配機械臂,能破壞其它衛星。

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說到這,我突然就想起了前陣子特別火的一個動圖,如下:

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說是我國的空間站來到美國衛星旁邊,然後“調皮”地把衛星太陽翼剪斷了。說實話,這張動圖確實搞笑,但不妨我們認真思考一下,我們的天宮機械臂真有如此能耐嗎?

現在讓我們來簡單看看天宮機械臂的各項屬性:

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度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,想想我們人類手臂的轉動,這七個自由度則是完全模擬了人類手臂,因此靈活度極高

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④機械臂兩端各有一個末端執行器(你可以把它理解為人的“手”),此外還有視覺相機系統

天宮機械臂有幾大用途

總的來講,機械臂的用途有以下幾個方面,分別是:空間站的在軌組裝、在軌維修、從貨運飛船裡搬運貨物、輔助航天員出艙活動、空間站艙體的檢查、捕獲懸停飛行器等等,下面我們來仔細瞧瞧它是如何運作這些動作的

空間站外表面爬行

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從上面那幅動圖,我們可以清晰地看到,整個機械臂憑藉兩端的末端執行器與艙體表面介面卡依次更替連線,就可以隨意在艙體外部進行移動。

第一次看到這幅動圖時,我是驚歎不已,原本以為會是那種類似於軌道滑行進行位移,沒想到竟是這種特別的爬行方式,靈活度大大增加了,因為只需在空間站各個艙室表面,安裝上幾個介面卡就能讓機械臂隨意抵達任何位置了。畢竟機械臂自身的長度足足有十米,而且彎曲轉向非常靈活。

實驗艙轉位

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按照預定計劃,天宮空間站的兩個實驗艙將會於2022年5月份到9月份之間發射升空,這時候請注意下面的圖片,這是空間站成形後的樣子,我們可以看出,兩個實驗艙與核心艙呈現T字形

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而這個形狀並不是一次性形成的(指實驗艙與核心艙只對接一次),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,從空間站執行方向對接,之後再由機械臂把實驗艙給挪到側面的對介面上去。

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輔助航天員出艙活動

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這次神舟12號任務中,航天員需要完成兩次出艙任務,並且每次出艙時間長達六到七個小時,將要在機械臂的支援下,完成艙外裝置安裝、維修維護等任務(相比於神舟七號出艙任務,不論是時長還是複雜程度都有著質的變化)

對了,屆時航天員還會穿著我國研製的新一代艙外航天服出艙,雖然目前來講,具體什麼時候出艙我們還不知道,但肯定是非常值得期待的(其實這也是本次神舟任務的最大亮點之一)。

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新一代艙外航天服

搬運貨物

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機械臂從貨運飛船裡搬運貨物,到空間站完成建成,算上已經上去的天舟二號,總共會有四艘貨運飛船會運輸貨物進空間站。

與實驗艙機械臂組合

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原本安置在核心艙外的機械臂,也可以同實驗艙的小機械臂組合形成一個更大的機械臂,總長將達到15米,這樣一來就能更好的覆蓋空間站外表面

艙體檢查

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由於機械臂裝有視覺相機系統,因而可以對空間站外表面進行檢查,幫助艙內航天員或者地面人員進行空間站的故障排查工作。舉個例子,前陣子國際空間站被太空中的小隕石擊中,某個部位損壞了,這時候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了。

拆卸轉移太陽能板

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這裡轉移的是核心艙的太陽能板,因為當兩個實驗艙安裝完畢後,它們所展開的太陽能板會遮擋射向核心艙的部分光照,因而需要將原先的核心艙太陽能板轉移位置,這時候就需要藉助機械臂的幫助了。

監視來訪飛行器並捕獲

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從動圖可以看出,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”,獲得精細的執行資料,之後當飛行器與空間站的距離達到機械臂捕獲範圍內,就可以透過對接飛行器上的介面卡,牢牢將其抓住了。

說到這,那麼機械臂真的能剪斷衛星太陽能板嗎?

其實答案不言自明,就剛才上面講的最後兩項機械臂功能,一個是轉移太陽能板,一個是監視外來飛行器並捕獲,就足以證明,在適當的條件下,剪衛星太陽能板的事情還是可以辦到的。

那麼這個適當條件指的是啥呢?很簡單,我們首先得設計一個特製的“剪刀”,將其安裝到機械臂一端,其次就是要讓空間站與目標衛星的空間位置相互靠近。從目前的技術來看,實際較為困難的是第二個條件,畢竟空間站的動力以及燃料,或許並不支援“追捕”這一動作。

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但反過來講,其實沒必要特地跑過去剪,你也可以在機械臂上裝個“鐳射測距儀”呀,反正機械臂那麼靈活,瞄個準還是很容易的。