宇宙级机械臂转接头”,真牛!

今天凌晨,航天员翟志刚、航天员王亚平安全返回天和核心舱,神舟十三号航天员乘组第一次出舱活动取得圆满成功。
此次出舱活动中,空间站核心舱机械臂再次耀眼亮相,托举航天员到达指定位置开展出舱操作,顺利完成了机械臂级联装置的安装工作,为后续实现“擎天巨臂”的组合打下扎实基础。机械臂级联装置是做什么用的?里面有着怎样的“黑科技”?

 

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对接两臂,实现“1+1=1”

空间站机械臂是我国航天事业发展的新领域之一,融合了机、电、热、控制、光学等多个专业,这也更加凸显了双臂组合转接件的研制难度。

此次出舱活动的“主角”——机械臂级联装置由双臂组合转接件和悬挂装置组成,是空间站机械臂实现组合动作的关键装备。其中,双臂组合转接件更是被空间站型号研制人员形象地比喻为“宇宙级机械臂转接头”。

航天科技集团五院空间站机械臂飞控负责人高升介绍,空间站机械臂由核心舱机械臂(大臂)和“问天”实验舱机械臂(小臂)组成。

“按照空间站关键技术验证及建造阶段的任务规划,实验舱机械臂将随‘问天’实验舱一起发射入轨,并将在太空中与核心舱机械臂完成‘大小臂在轨组合’的亮眼操作,而实现组合的关键装置就是双臂组合转接件。由于长度为10米的核心舱机械臂和长度为5米的实验舱机械臂‘体型’差异较大,因此端口设计也有较大差别。”高升表示。

如何做好两个机械臂的对接,实现“1+1=1”的效果,完成适应性强、操作难度更大的任务,对研制团队来说是一个巨大的创新难题。

为此,研制团队一次次开展方案论证,一轮轮进行设计优化,将小小的“宇宙级机械臂转接头”从创意变成了“四两拨千斤”的科技“神器”——“它不仅有助于完成两个机械臂的接口互连,更实现了两者间电气和信息的互通,在恶劣的太空环境中安全打通两个机械臂之间的‘任督二脉’。”高升称。

这个科技“神器”从哪些方面进行了改进?高升表示,双臂组合转接件将帮助两个形态截然不同的机械臂完成转接,保证组合机械臂具备承载更大载荷进行大范围转移的能力,“在原材料选用、制造工艺、适应空间站环境的长寿命设计等方面均作出了巨大的突破和创新。”

完成在轨任务,收“刀”入“鞘”

在机械臂级联装置安装过程中,首先安装在核心舱舱壁上的悬挂装置带有巧妙的抱爪结构,用于捕获和存放双臂组合转接件,并为它提供供电保证。

完成悬挂装置安装后,航天员翟志刚轻推双臂组合转接件进入卡口位置,悬挂装置在指令的遥控下,通过抱爪结构准确地将转接件抓住,并将其“拥入怀中”。

那么,双臂组合转接件和悬挂装置到底是什么关系呢?航天科技集团五院空间站机械臂悬挂装置主管设计师高翔宇以“刀剑”和“刀鞘”举例解释:“双臂组合转接件好比‘刀剑’,悬挂装置则好比‘刀鞘’。未来,当两个空间站机械臂开展对接工作时,核心舱机械臂(大臂)将主动探向双臂组合转接件,通过末端视觉相机识别靶标,将其从悬挂装置上精准取出,进而完成与‘问天’实验舱机械臂的组合,形成更长、更稳定的灵巧型空间机器人。”

届时,空间站机械臂可达范围直接拓展为14.5米,活动范围可直接覆盖空间站三个舱段,随时实现对空间站舱体表面的巡检。“机械臂在组合对接状态下完成在轨任务后,又要重新分为大小机械臂两个部分,此时双臂组合转接件自然是收‘刀’入‘鞘’,由核心舱机械臂主动将双臂组合转接件重新放回悬挂装置中。”

天和机械臂可以承载25吨级的大型航天器,未来它和小臂,即“问天”实验舱上的机械臂组合在一起后,能力将得到进一步提升。

“未来,在空间站完成三舱组合后,航天员出舱任务大部分将由组合臂的形式完成。”航天科技集团五院空间站机械臂副主任设计师朱超表示,“后续,空间站机械臂将通过双臂组合转接件实现两个机械臂的组装,进而完成高难度、更加多样化的任务目标,这不仅是世界首次,更是中国智慧的重要体现!”

监制丨王磊

总台央广记者丨张棉棉 张宇 时小丹

编辑丨王迪

鸣谢丨航天科技集团五院

责任编辑:邵希炜

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