中國空間站的三個(gè)“幫手”

中國空間站，即天宮空間站，由核心艙、實(shí)驗(yàn)艙夢(mèng)天、實(shí)驗(yàn)艙問天、載人飛船（即已經(jīng)命名的“神舟”號(hào)飛船）和貨運(yùn)飛船（天舟一號(hào)飛船）五個(gè)模塊組成，除此以外，中國空間站還有三個(gè)“幫手”。

一、核心艙的機(jī)械臂

空間站核心艙機(jī)械臂展開長度為10.2米，最多能承載25噸的重量，是空間站任務(wù)中的“大力士”。其肩部設(shè)置了3個(gè)關(guān)節(jié)、肘部設(shè)置了1個(gè)關(guān)節(jié)、腕部設(shè)置了3個(gè)關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)1個(gè)自由度，具有7個(gè)自由度的活動(dòng)能力。

通過各個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)，空間站核心艙機(jī)械臂能夠?qū)崿F(xiàn)自身前后左右任意角度與位置的抓取和操作，為航天員順利開展出艙任務(wù)提供強(qiáng)有力的保證。

除支持航天員出艙活動(dòng)外，空間站核心艙機(jī)械臂還承擔(dān)艙段轉(zhuǎn)位、艙外貨物搬運(yùn)、艙外狀態(tài)檢查、艙外大型設(shè)備維護(hù)等在軌任務(wù)，是目前同類航天產(chǎn)品中復(fù)雜度最高、規(guī)模最大、控制精度最高的空間智能機(jī)械系統(tǒng)。

為擴(kuò)大任務(wù)觸及范圍，空間站核心艙機(jī)械臂還具備“爬行”功能。由于核心艙機(jī)械臂采用了“肩3+肘1+腕3”的關(guān)節(jié)配置方案，肩部和腕部關(guān)節(jié)配置相同，意味著機(jī)械臂兩端活動(dòng)功能是一樣的。機(jī)械臂通過末端執(zhí)行器與目標(biāo)適配器對(duì)接與分離，同時(shí)配合各關(guān)節(jié)的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在艙體上的爬行轉(zhuǎn)移。

二、柔性太陽翼?

天和核心艙首次采用了大面積可展收柔性太陽電池翼，雙翼展開面積可達(dá)134平方米，這是我國首次采用柔性太陽翼作為航天器的能量來源。柔性太陽翼集合了大面積輕量化、重復(fù)展收高可靠、低軌10年在軌長壽命、剛?cè)岵?jì)高承載等四大全新技術(shù)。

與傳統(tǒng)剛性、半剛性的太陽電池翼相比，柔性翼體積小、展開面積大、功率重量比高，單翼即可為空間站提供9kW的電能，在滿足艙內(nèi)所有設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，也完全可以保證航天員在空間站中的日常生活。

比起傳統(tǒng)的剛性、半剛性太陽翼，柔性翼全部收攏后只有一本書的厚度，僅為剛性太陽翼的1/15。基板采用超薄型輕質(zhì)復(fù)合材料，對(duì)用來防護(hù)空間環(huán)境的膠層的涂覆厚度也進(jìn)行了嚴(yán)格控制。

柔性翼能否成功展開直接關(guān)系到空間站任務(wù)的成敗。核心艙太陽翼采用了6臺(tái)有源機(jī)構(gòu)三維五步展開，就好像做一套“太空廣播操”。

首先，15發(fā)火工品“熱身運(yùn)動(dòng)”起爆，解除太陽翼與小柱段艙壁的固定；緊接著抬升機(jī)構(gòu)“俯仰運(yùn)動(dòng)”將太陽翼從艙壁上立起；隨后，展開鎖定機(jī)構(gòu)“擴(kuò)胸運(yùn)動(dòng)”將兩個(gè)太陽電池陣向兩側(cè)展開，約束釋放機(jī)構(gòu)“轉(zhuǎn)體運(yùn)動(dòng)”解除收藏箱的約束；最后，伸展機(jī)構(gòu)“伸展運(yùn)動(dòng)”帶動(dòng)太陽電池翼完全展開。每個(gè)規(guī)定動(dòng)作都經(jīng)過大量的地面驗(yàn)證試驗(yàn)，確保姿勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)、嫻熟流暢。展開過程持續(xù)40分鐘，數(shù)節(jié)伸展機(jī)構(gòu)依次向外推出，帶動(dòng)太陽翼向外展開，又像是一架被緩緩拉開的手風(fēng)琴，因此被形象地稱為“手風(fēng)琴”展開方式。

核心艙太陽電池翼的另一個(gè)特殊功能，是其在軌可進(jìn)行整翼拆卸、轉(zhuǎn)移?？紤]到后續(xù)空間站組建完成后，對(duì)核心艙太陽電池翼造成的遮擋，從而影響發(fā)電，這兩個(gè)太陽電池翼可由航天員與機(jī)械臂配合，實(shí)現(xiàn)艙外拆卸、轉(zhuǎn)移，安裝于后續(xù)發(fā)射的實(shí)驗(yàn)艙尾部桁架上，并在軌重新組建供電通道，這又被稱為“在軌能源拓展功能”。

三、巡天望遠(yuǎn)鏡

即將發(fā)射的巡天空間望遠(yuǎn)鏡采取的設(shè)計(jì)思路是建造可以觀察更廣闊天區(qū)的望遠(yuǎn)鏡，以更高的效率，更系統(tǒng)地去研究宇宙。在它搭載的第一代儀器中，占據(jù)最主要觀測(cè)時(shí)間的是巡天模塊。這是一個(gè)視野極為寬闊的相機(jī)，視場(chǎng)達(dá)到1.1x1.2平方度。在成像質(zhì)量和哈勃望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)?shù)那闆r下，巡天空間望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)達(dá)到了哈勃望遠(yuǎn)鏡的300倍。為了能夠接收廣闊視場(chǎng)的信息，巡天空間望遠(yuǎn)鏡在巡天相機(jī)上安置了30塊探測(cè)器，總像素達(dá)到25億。其中18塊探測(cè)器上設(shè)置有不同的濾光片，這使得它可以獲得宇宙天體在不同波段的圖像，帶給我們彩色的宇宙樣貌；另外12塊探測(cè)器則用于無縫光譜觀測(cè)，每次曝光可以獲得至少1000個(gè)天體的光譜信息。

巡天空間望遠(yuǎn)鏡在巡天模式下的觀測(cè)每次曝光約為150秒，對(duì)于巡天中的每個(gè)觀測(cè)天區(qū)會(huì)進(jìn)行兩次曝光。天文上一般以星等表示天體的明暗，星等越大表示天體越暗，每相差5個(gè)星等，天體之間的亮度相差100倍。天上的織女星大約是0星等左右，人眼能夠看到最暗的恒星是6星等。巡天空間望遠(yuǎn)鏡在總共短短300秒的曝光時(shí)間，就可以獲得低至26星等左右（不同波段具體數(shù)值有差別）的天體圖像，這要比人眼能夠看到的最暗的恒星還要暗上1億倍。在這樣的觀測(cè)深度上，研究者可以在每個(gè)平方角分看到30個(gè)左右的星系。在整個(gè)巡天周期里，巡天模塊將會(huì)覆蓋17500平方度的天區(qū)，是整個(gè)天空面積的40%，積累近20億星系的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

除了巡天模塊以外，巡天空間望遠(yuǎn)鏡還將配備一系列的精測(cè)模塊，包括太赫茲模塊，多通道成像儀，積分視場(chǎng)光譜儀和系外行星成像星冕儀。這些儀器將依托各自特點(diǎn)開展系外行星探測(cè)、星系核心區(qū)域空間可分辨光譜觀測(cè)，近鄰星系中性碳研究，宇宙超級(jí)深場(chǎng)觀測(cè)等眾多特色科學(xué)觀測(cè)。

?

整理自：

田定宇.?中國空間站開啟有人長期駐留時(shí)代.[EB/OL].?http://www.news.cn/mrdx/2021-10/17/c_1310250947.htm?

新華社.?靈活的空間站“大力士”?核心艙機(jī)械臂為出艙活動(dòng)提供有力支撐.[EB/OL].https://m.gmw.cn/baijia/2021-07/05/1302388037.html?

在太空展開雙翼，將為天和核心艙供能10年

揭秘我國空間站工程首個(gè)航天器天和核心艙的“太空電站”

http://mrdx.cn/content/20210430/Page05DK.htm?（?2021-04-30?） 稿件來源：新華每日電訊 新華聚焦·中國空間站

https://m.gmw.cn/baijia/2021-05/13/34839852.html?

?