伸出太空之手……

本文由本組成員WJIJKKH編寫，全文共3508有效字符。

在太空中，機(jī)械臂常用于對(duì)抓取航天器、安裝艙段和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等操作，但人們往往只是關(guān)注機(jī)械臂本身，反而忽視了一個(gè)特殊的接口——錨鉤固定裝置。

錨鉤固定裝置（Grapple fixture）是航天器或其他物體與機(jī)械臂之間的連接器，它使航天飛機(jī)的加拿大臂1（SRMS）、國(guó)際空間站上的加拿大臂2（SSRMS）和希望號(hào)實(shí)驗(yàn)艙的機(jī)械臂（JEMRMS）能夠安全的抓取物體。

北美的錨鉤固定裝置是由加拿大的斯帕爾太空公司于1970年代發(fā)明的，研發(fā)的主要貢獻(xiàn)者是Frank Mee，他同時(shí)也是航天飛機(jī)上的加拿大臂1的設(shè)計(jì)者。錨鉤固定裝置隨后被Barrie Teb改進(jìn)。

錨鉤固定裝置整體呈一個(gè)平面，中間有一根金屬針，金屬針頂部有一個(gè)球體，金屬針整體會(huì)與機(jī)械臂末端卡口結(jié)合。同時(shí)在金屬棒周邊有三個(gè)略微傾斜的引導(dǎo)器，它們會(huì)幫助機(jī)械臂卡口正確與固定裝置連接。

在機(jī)械臂的末端，有一個(gè)末端鎖定效應(yīng)器（Latching End Effector 簡(jiǎn)稱LEE），其呈圓筒形，內(nèi)部有三根線，這三根線可以通過(guò)效應(yīng)器圓筒內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使線收縮將金屬針固定在圓筒的正中心，同時(shí)用拉力固定住金屬針頂部的球體。

在操作時(shí)，宇航員通過(guò)LEE上的攝像機(jī)，觀察標(biāo)記圖案中間的金屬棒和黑白圖案，判斷LEE位置，以確保連接的準(zhǔn)確。

飛行器可釋放型錨鉤固定裝置（Flight-Releasable Grapple Fixture?簡(jiǎn)稱FRGF）

FRGF是北美錨鉤固定裝置最簡(jiǎn)單的變種。它只能進(jìn)行抓取操作，沒(méi)有任何電連接器。它們?cè)谠缙诘暮教祜w機(jī)被中使用，由標(biāo)準(zhǔn)飛行錨鉤固定裝置（FSRF）發(fā)展而來(lái)。其允許宇航員在艙外活動(dòng)時(shí)進(jìn)行安裝。SpaceX的貨運(yùn)龍飛船、軌道ATK的天鵝座貨運(yùn)飛船、Jaxa的HTV貨運(yùn)飛船這類無(wú)人飛船都安裝了FRGF，國(guó)際空間站上的加拿大臂2會(huì)使用這一裝置對(duì)抵達(dá)國(guó)際空間站的飛船進(jìn)行停泊。該裝置能夠承載的最大有效載荷質(zhì)量為30,000千克?？臻g站上的一些艙段也裝備有FRGF。

可鎖定型錨鉤固定裝置（Latchable Grapple Fixture?簡(jiǎn)稱LGF）

LGF可以進(jìn)行抓取和鎖定操作，它被用于空間站艙段的長(zhǎng)期抓取操作（長(zhǎng)于3周）。它沒(méi)有任何電連接器。

在國(guó)際空間站上，以上這兩種固定裝置顯然是不夠用的，因?yàn)樗鼈冎挥泻?jiǎn)單的機(jī)械固定裝置，無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)、電力和視頻的傳輸。因此，研發(fā)人員基于FRGF又開發(fā)了三種固定裝置。

電力和數(shù)據(jù)傳輸型錨鉤固定裝置（Power and Data Grapple Fixture PDGF）

PDGF可以進(jìn)行抓取和鎖定操作，它有4個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)、電力以及來(lái)自機(jī)械臂的視頻的電連接器，它是整個(gè)空間站上唯一可以進(jìn)行替換的北美錨鉤固定裝置。電連接器與國(guó)際空間站上的加拿大臂2兼容。PDGF在國(guó)際空間站上被使用，其可以與加拿大臂2進(jìn)行連接，使加拿大臂2能操控航天器并為其提供電力，使航天器能被空間站內(nèi)的宇航員控制。國(guó)際空間站上分布著許多PDGF，它們?yōu)闄C(jī)械臂提供連接。PDGF有4個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)、電力以及來(lái)自機(jī)械臂的視頻的電連接器。在航天飛機(jī)的倒數(shù)第二次飛行中，國(guó)際空間站的曙光號(hào)核心艙也安裝了PDGF，使得加拿大臂2能夠在俄羅斯艙段上工作。

在它們連接時(shí)，LEE四周的“插頭”會(huì)頂開錨鉤固定裝飾上對(duì)應(yīng)接口的翻板門，“插頭”兩邊的裝置會(huì)扣在翻板門邊的凸起上進(jìn)行鎖定，隨后“插頭”深入并與電連接器里的接口連接。這個(gè)擁有電連接器的型號(hào)有比只有機(jī)械裝置的FRGF和LGF更強(qiáng)的機(jī)械連接，在電連接器連接后，三根線可以舒張以減少拉力。

剩下兩個(gè)錨鉤固定裝置原理與PDGF類似

飛行器電子型錨鉤固定裝置和電動(dòng)機(jī)械型錨鉤固定裝置（Electrical Flight Grapple Fixture and Electro Mechanical Grapple Fixture）

飛行器電子錨鉤固定裝置（The Electrical Flight Grapple Fixture 簡(jiǎn)稱EFGF）可以進(jìn)行抓取操作，他只有一個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)、電力以及來(lái)自機(jī)械臂的視頻的電連接器。其電連接器于航天飛機(jī)上的加拿大臂1兼容。

國(guó)際空間站上希望號(hào)實(shí)驗(yàn)艙的遠(yuǎn)程操縱系統(tǒng)，也有類似的類似的錨鉤固定裝置，叫電動(dòng)機(jī)械錨鉤固定裝置（Electro Mechanical Grapple Fixture 簡(jiǎn)稱EMGF），這個(gè)固定裝置主要用于希望號(hào)的暴露實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

電力和視頻傳輸型錨鉤固定裝置（Power and Video Grapple Fixture PVGF）

PVGF可以進(jìn)行抓取和鎖定操作。PVGF有4個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)、電力以及來(lái)自機(jī)械臂的視頻的電連接器，電連接器與國(guó)際空間站上的加拿大臂2兼容。

NASA裝備有錨鉤固定裝置的衛(wèi)星

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡有兩個(gè)錨鉤固定裝置

長(zhǎng)時(shí)間暴露實(shí)驗(yàn)設(shè)施（LDEF）有兩個(gè)錨鉤，一個(gè)是FRGF，另一個(gè)激活錨鉤用于向有電子系統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)備發(fā)送信號(hào)以開始實(shí)驗(yàn)。

太陽(yáng)極大期任務(wù)衛(wèi)星有一個(gè)錨鉤，用于航天飛機(jī)的在軌維修。

值得一提的是，歐洲即將升空的ERA臂所用的錨鉤與以上型號(hào)都不同，意味著它只能在俄羅斯的科學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)艙上工作。

【全文完】

本文素材來(lái)源：

【1】http://iss.jaxa.jp/en/htv/mission/htv-1/presskit/htv-1_presskit.pdf

【2】https://www.youtube.com/watch?v=WZQakb1uEYg

【3】https://space.stackexchange.com/questions/14973/what-are-joint-systems-used-for-mounting-manipulators-to-spacecrafts

【4】CanadaArm2 End Effector (http://is.mdacorporation.com/mdais_canada/Offerings/Offerings_Canadarm2lee.aspx) Archived (https://web.archive.org/web/20121005052740/http://is.mdacorporation.com/mdais_canada/Offerings/Offerings_Canadarm2lee.aspx)

2012-10-05 at the Wayback Machine

【5】https://en.wikipedia.org/wiki/Grapple_fixture

【6】https://iss.jaxa.jp/iss/3a/orb_rms_e.html

【7】Callen, Phillip (June 2014). "Robotic Transfer and Interfaces for External ISS Payloads" (https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.n trs.nasa.gov/20140008717.pdf) (PDF). NASA. Retrieved

23 November 2015.

【8】"Canadarm" (http://www.worldspaceflight.com/canada/canadar m.php). WorldSpaceFlight.com. Retrieved 2015-12-05.

【9】LDEF structure (https://web.archive.org/web/20160422155832/http://setas-www.larc.nasa.gov/LDEF/OVERVIEW/structure.html)

【10】Savi S. Sachdev, Brian R. Fuller (1983). "The Shuttle Remote Manipulator System and Its Use In Orbital Operations" (https://web.archive.org/web/20151123151325/http://commons.erau.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2430&context=space-congress-procee dings). Spar Aerospace. Archived from the original (http://commo ns.erau.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2430&context=space-congress-proceedings) on 2015-11-23. Retrieved 23 November 2015.