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一條機械臂，為什么讓美國太空司令如此不安？在我國的“天宮”空間站上，還有什么更厲害的大家伙？“天舟二號”在“神舟12號”成功對接之后，將如何進(jìn)行一項重要的試驗？

內(nèi)容提要：

1. 中國“天宮”空間站的牛X機械臂；
2. “天舟二號”貨運飛船二次交會對接流程；
3. 轉(zhuǎn)位機械臂結(jié)構(gòu)及驗證試驗；
4. “天宮神臂”的重要作用；
5. 我國的空間機械臂技術(shù)與歐美的差距

美國人擔(dān)心什么？

最近，國內(nèi)媒體報道，美國太空司令部司令，在向國會作證時，對中國的太空科技發(fā)展速度感到擔(dān)憂，尤其提到一顆裝備了機械臂的通信實驗衛(wèi)星。

其實，在中國正在建設(shè)的“天宮”空間站上，還有一個更厲害的“天宮神臂”。當(dāng)我第一次看到這個機械臂的介紹視頻的時候，我真正明白了美國人在擔(dān)心什么。因為中國人又有一項技術(shù)正在趕超美國！

中國空間站上的“天宮神臂”到底是什么樣的呢？

“天宮”空間站上其實是有一整套機械臂系統(tǒng)，并非單一機械臂，至少包含四個不同的組件：

1. 天和核心艙機械臂；
2. 問天號實驗艙機械臂；
3. 實驗艙轉(zhuǎn)位機械臂；
4. 遍布多艙體的目標(biāo)適配器。

在我國“天宮”空間站上，總共有2個巨型機械臂，分別位于“天和”核心艙和“問天號”實驗艙。另外，在核心艙的節(jié)點艙，還安裝有轉(zhuǎn)位機械臂。在各艙體外側(cè)，還有多個“目標(biāo)適配器”，用來實現(xiàn)機械臂的艙外爬行功能。關(guān)于“轉(zhuǎn)位機械臂”是干什么用的，我們后面會詳細(xì)介紹！

“天和”核心艙和“問天號”實驗艙的兩個巨型機械臂都是“七自由度”機械臂。所謂“七自由度”，就是具備7個獨立運動的數(shù)目，或者也可以理解為有7個活動關(guān)節(jié)，位置精度可以達(dá)到45mm，綜合性能達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

在6月17日央視直播的“神舟12號”與“天和”核心艙對接的畫面中，我們就能夠明顯得看到“天和”核心艙的這個巨型機械臂，不知道大家當(dāng)時有沒有注意到！

天和核心艙的這個機械臂長約10.2米，質(zhì)量738公斤，承載能力25噸。在肩部有3個關(guān)節(jié)，可以執(zhí)行俯仰、偏航、回轉(zhuǎn)操作，兩個臂桿肘部還有1個俯仰關(guān)節(jié)，機械臂末端還有另外3個關(guān)節(jié)，功能與肩部關(guān)節(jié)相同。

這種“3-1-3”的關(guān)節(jié)布局，可以讓機械臂方便兩頭互換。機械臂的兩端各有一個末端執(zhí)行器，可以通過與艙體上的目標(biāo)適配器進(jìn)行對接與分離，進(jìn)而實現(xiàn)在艙體外進(jìn)行爬行。

目標(biāo)適配器中心部位有一個抓斗銷，周圍有三個傾斜桿，在與機械臂的末端執(zhí)行器接觸后，可以實現(xiàn)穩(wěn)固的剛性連接。目標(biāo)適配器四周還有電力、數(shù)據(jù)傳輸接口，可實現(xiàn)電力和視頻信號傳輸。這樣，機械臂通過遍布艙體表面的這些目標(biāo)適配器，實現(xiàn)在艙體外爬行，從而做到與空間站外表面的全范圍接觸。

試驗艙的機械臂，主要用于暴露平臺的載荷照料，比如試驗載荷的安裝回收、更換維修，貨物搬運，也可以用于航天員的艙外活動，以及艙外巡視、太陽翼收放等等。

如果需要更長的機械臂，實驗艙的機械臂還可以與核心艙的機械臂進(jìn)行級聯(lián)，變成加長版機械臂，是不是很厲害的樣子！

“天舟二號”接下來的二次交會對接任務(wù)

5月29日"天舟二號"成功升空，并且與空間站對接成功?！疤熘鄱枴敝饕獔?zhí)行的是貨運和燃料補給任務(wù)。在“天舟二號”上可以攜帶160多件大大小小的貨包，以及2噸推進(jìn)劑。

你以為“天舟二號”首次對接之后，任務(wù)就結(jié)束了嗎？其實并沒有！ “天舟二號”還將在“神舟12號”將3名宇航員送入空間站以后，進(jìn)行二次交會對接，從核心艙的后部轉(zhuǎn)移到核心艙的前部。

整個流程是這樣的：

1）5月29日，“天舟二號”升空，并與“天和”核心艙的后部資源艙對接，向“天和”核心艙進(jìn)行后向推進(jìn)劑補給，靜等“神舟12號”抵達(dá)。

2）6月17日上午，“神舟12號”順利升空，并與“天和”核心艙前部的節(jié)點倉對接。6月17日下午6:48分，3名宇航員，聶海勝、劉伯明、湯洪波，進(jìn)入“天和”核心艙。他們其中一個任務(wù)，是將之前對接的“天舟二號”攜帶的生活物資轉(zhuǎn)移到“天和”核心艙的貨物區(qū)。 從對接后媒體公布的視頻畫面看，“天和”核心艙里已經(jīng)堆積了不少包貨物，也許這就是他們從“天舟二號”上面轉(zhuǎn)移過來的部分物資！

3）接下來第三步，我們需要等待“神舟12號”與“天和”核心艙前部的節(jié)點艙分離。

4）之后，“天舟二號”與“天和”核心艙后部的資源艙分離，繞飛至“天和”核心艙前部的節(jié)點艙，（也就是之前“神舟12號”對接的位置），并與節(jié)點艙對接，向“天和”核心艙進(jìn)行前向推進(jìn)劑補給。

5）之后，“天舟二號”將進(jìn)行“機械臂轉(zhuǎn)位試驗”，從“天和”節(jié)點艙的正向?qū)涌?，轉(zhuǎn)移到側(cè)向?qū)涌凇?/p>

轉(zhuǎn)位機械臂及驗證試驗

“天舟二號”的“機械臂轉(zhuǎn)位試驗”將用到核心艙節(jié)點艙兩側(cè)的轉(zhuǎn)位機械臂，就是我們前面提到過的另外一套機械臂系統(tǒng)。

為什么要進(jìn)行“機械臂轉(zhuǎn)位試驗”呢？

由于“問天號”和“夢天號”兩個實驗艙因姿態(tài)控制問題，無法直接與核心艙的側(cè)面對接口對接，必須先與核心艙前向?qū)涌趯?，然后再通過“轉(zhuǎn)位機械臂”操作，轉(zhuǎn)位至側(cè)向?qū)涌凇?/p>

轉(zhuǎn)位機械臂，由基座和轉(zhuǎn)臂兩部分組成?；谇跋?qū)用孀笥覂蓚?cè)各一個，兩個基座上各有一個錐形捕獲機構(gòu)，機械臂通過這個錐形捕獲機構(gòu)與基座連接。轉(zhuǎn)位機械臂通過肩關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)將實驗艙從前向?qū)涌?，轉(zhuǎn)移到側(cè)向?qū)涌凇?/p>

“天舟二號”的這個試驗項目，就是用來驗證“轉(zhuǎn)位機械臂”的性能。假如轉(zhuǎn)位機械臂測試失敗也不用擔(dān)心，依然可以使用前面提到的核心艙的主機械臂進(jìn)行轉(zhuǎn)位。核心艙的機械臂雖然控制精度不如“轉(zhuǎn)位機械臂”，但是仍能滿足對接要求。

這種“雙保險”設(shè)計，將保證未來空間站的建設(shè)萬無一失！

“天宮神臂”的重要意義

天宮空間站上的這些機械臂，除了我們前面提到的功能，比如載荷搬運、艙外巡視、輔助宇航員出艙、轉(zhuǎn)移太陽翼等，還有一些非常重要的功能。

比如，可以用這些機械臂抓住需要與空間站對接的航天器，然后輔助完成對接工作。

目前，我們的實驗艙和神舟飛船都是具備自主交會對接功能的。將來，出于降低制造和發(fā)射成本的考慮，載人飛船和貨運飛船可以移除自主交會對接功能，轉(zhuǎn)而使用這些機械臂來幫助對接。

另外，這些機械臂，還可以連接更靈活的機械手，在艙外執(zhí)行一些更精細(xì)的艙外操作，代替宇航員執(zhí)行艙外任務(wù)，從而減少宇航員的出艙工作負(fù)擔(dān)。

與歐美機械臂技術(shù)的差距

那么，我國的“天宮神臂”與歐美國家的空間機械臂技術(shù)相比，有什么差距嗎？

美國早在上世紀(jì)80年代，就已經(jīng)在航天飛機上使用了機械臂技術(shù)，在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域有強大的技術(shù)積累。目前美國在國際空間站上使用的最先進(jìn)的機械臂是“加拿大臂2型”，長度17.6米，承載能力116噸，比我國的長度10.2米、承載能力25噸要高出不少。

不過，作為后起之秀，我國的航天科研工作者已經(jīng)在高精度伺服控制、柔性動力學(xué)、目標(biāo)識別與測量等核心技術(shù)方面取得了巨大突破。

而且與國際空間站上的機械臂相比，我國的機械臂在某些技術(shù)方面已經(jīng)領(lǐng)先。比如全面爬行能力，在國際空間站上是做不到的。一方面是由于國際空間站各艙體，分別由各國制造，標(biāo)準(zhǔn)不同，美國的機械臂只能在美國的艙體上活動，實際活動能力非常有限。另外，美國的機械臂爬行到新節(jié)點以后，只能進(jìn)行數(shù)據(jù)和視頻信號傳輸，無法提供載荷的抓握能力，也就是說，只能看，不能動。相比我國的機械臂來說，功能要遜色不少！

可以預(yù)見，天宮空間站的這一整套機械臂系統(tǒng)，在空間站未來的建造過程中會發(fā)揮非常重要的作用。我國的月球和火星探測計劃中，使用的土壤采樣機械臂、空間機器人等，也會受益于這一技術(shù)的積累。

寫在后面

嫦娥探月工程、天問號火星探索工程，還有未來地球人唯一的天宮空間站等等，這一項項航天工程取得的成績，與你我每一個中國人的努力奮斗是分不開的！

如今，距離1970年4月24日，我國第一顆衛(wèi)星“東方紅一號”成功發(fā)射已經(jīng)過去了半個多世紀(jì)，當(dāng)年這第一顆衛(wèi)星，與導(dǎo)彈、核彈一起，共同鑄就了我們國家的核盾牌，保護(hù)我們免受外敵侵?jǐn)_。

如今，新一代的航天人，用他們的勤勞智慧，不斷取得的新成就，為我們中華民族的偉大復(fù)興添磚加瓦！作為一個中國人，我感到非常自豪！

關(guān)于“天宮神臂”我們今天就聊到這里，還沒有關(guān)注我的小伙伴，趕緊在右下角點一下關(guān)注。我的頻道主要聚焦數(shù)碼、通信，以及最新的潮流科技。精彩內(nèi)容天天有，關(guān)注不迷路！希望能和大家成為朋友！離開之前記得點個贊！