航天员的舱外“好帮手”机械臂大展身手 舱外维修与辅助工具首次亮相

来源:科技日报

据中国载人航天工程办公室消息,7月4日14时57分,经过约7小时的出舱活动,神舟十二号航天员乘组密切协同,圆满完成出舱活动期间全部既定任务,航天员刘伯明、汤洪波安全返回天和核心舱,标志着我国空间站阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功。这是继2008年神舟七号载人飞行任务后,中国航天员再次实施的空间出舱活动,也是空间站阶段中国航天员的首次空间出舱活动。

此次出舱活动,天地间大力协同、舱内外密切配合,圆满完成了舱外活动相关设备组装、全景相机抬升等任务,首次检验了我国新一代舱外航天服的功能能,首次检验了航天员与机械臂协同工作的能力及出舱活动相关支持设备的可靠与安全,为空间站后续出舱活动的顺利实施奠定了重要基础。

当然,要完成舱外活动各项任务,离不开高科技装备的支持,让我们来认识一下航天员的舱外“好帮手”。

机械臂大展身手

此次出舱活动中,核心舱机械臂首次托举航天员到指定位置圆满完成出舱操作,抬升天和核心舱舱外全景相机的位置,其大范围转移能力也得到了验证。

核心舱机械臂展开长度为10.2米,最多能承载25吨的重量,是空间站任务中的“大力士”。该机械臂由中国航天科技集团五院(以下简称五院)抓总研制,是目前同类航天产品中复杂度最高、规模最大、控制精度最高的空间智能机械系统,主要承担舱段转位、航天员出舱活动、舱外货物搬运、舱外状态检查、舱外大型设备维护等8大类在轨任务。

记者从五院了解到,核心舱机械臂是我国首个可长期在太空轨道运行的机械臂,其肩部设置了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,具有七自由度的活动能力。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,为航天员出舱顺利开展任务提供强有力的保证。

为扩大任务触及范围,该机械臂还具备“爬行”功能。其采用“肩3+肘1+腕3”的关节配置方案,肩部和腕部关节配置相同,意味着机械臂两端活动功能相同;肩部与腕部各装有一个末端执行器,可以对接舱体表面安装的目标适配器,机械臂通过末端执行器与目标适配器对接与分离,同时配合各关节的联合运动,从而实现在舱体上的爬行转移。

舱外维修与辅助工具首次亮相

作为航天员执行出舱任务的“机械伙伴”,由五院研制的舱外维修与辅助工具,可协助航天员有效克服航天服手套充压后操作不便、高难度单手操作、在轨防漂要求高等难题,具备辅助航天员在轨着航天服状态下开展舱外行走、位姿转换、设备更换、产品安全防护等多项功能,是执行舱外活动必不可少的工具,其包括用于舱外设备维修的舱外电动工具、舱外扳手、通用把手等。

舱外电动工具是此次维修任务用到的唯一机电类工具,它可以适应舱外复杂的真空和高低温环境,具有定力矩拧紧、拧松的工作模式,并且设置有休眠模式。

舱外通用把手可以安装到维修设备上,用于航天员在轨维修时进行待维修设备的转移及防漂,通过与设备端的通用把手底座配合,实现航天员单手完成对设备的快速锁定、解锁。

舱外辅助维修工具还包含便携式脚限位器、2种便携式安全带、舱外操作台及微型工作台等辅助工具。便携式脚限位器是此次维修任务中机构设计最为复杂的产品,共设计有旋转、俯仰、滚转、偏航4个关节自由度,可协助航天员在舱外调整至执行任务的工作姿态;与之配合使用紧密的舱外操作台,可协助航天员进行维修任务时挂放设备和维修工具,解放航天员双手,实现设备或维修工具的临时存放。便携式安全带可协助航天员实现舱外作业位置设备及维修工具的防漂。与航天服直接相连的微型工作台,则像一根多功能腰带一样环绕在航天服腰部,将航天员出舱使用的舱外电动工具、舱外通用把手和舱外扳手随身携带,确保航天员随用随取。

信号全覆盖,除了通话还能“直播”

航天员进行出舱活动时,与地面建立高速、及时的通信联系极为重要。出舱活动不仅是对航天员的全方位考验,也是对天和核心舱与地面测控站之间通信能力的一大考验。

五院研制的出舱通信子系统实现了舱内外航天员之间、舱内外航天员与地面人员之间,以及舱外航天员之间的全双工语音通信,在航天员舱外活动范围内实现无线通信全覆盖。与上一代出舱通信系统相比,该产品具有通信距离更远、通信速率更高、工作寿命更长等特点,同时由于采用了功率控制、抗多径等措施,该产品具有更强的空间环境抗电磁干扰能力,并支持多名航天员同时出舱活动时的通话功能。

舱外图像传输子系统为舱外提供无线网络覆盖,通过出舱无线收发设备提供的“热点”进行图像传输,实现了对航天员出舱活动进行实时显示、实时记录等功能,以及为太阳翼绕行测量试验提供数据传输功能。

同时,第三代中继终端产品通过与天链一号、天链二号中继卫星建立中继链路,实现中继通信,确保航天员与地面通信的实时畅通。这就好比在太空中搭建了地面与中继卫星、中继卫星与航天员之间的“天路”。

空间站中继终端与其他型号在设计上最大的区别在于,为了保证在轨使用的长寿命,需要具备在轨可维修。空间站中继终端采用了集成化、模块化的设计思路,在保证传输信号质量的同时,方便航天员维修更换。

神舟十二号航天员乘组自6月17日进驻天和核心舱以来,按计划开展了各项工作,目前3名航天员状态良好,后续在轨飞行期间还将进行一次出舱活动。

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