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        出艙活動圓滿成功!來認(rèn)識一下航天員的艙外“好幫手”

        2021-08-09 03:53:26付毅飛
        科學(xué)導(dǎo)報(bào) 2021年45期
        關(guān)鍵詞:航天服好幫手中繼

        付毅飛

        據(jù)中國載人航天工程辦公室消息,7月4日14時(shí)57分,經(jīng)過約7小時(shí)的出艙活動,神舟十二號航天員乘組密切協(xié)同,圓滿完成出艙活動期間全部既定任務(wù),航天員劉伯明、湯洪波安全返回天和核心艙,標(biāo)志著我國空間站階段航天員首次出艙活動取得圓滿成功。這是繼2008年神舟七號載人飛行任務(wù)后,中國航天員再次實(shí)施的空間出艙活動,也是空間站階段中國航天員的首次空間出艙活動。

        此次出艙活動,天地間大力協(xié)同、艙內(nèi)外密切配合,圓滿完成了艙外活動相關(guān)設(shè)備組裝、全景相機(jī)抬升等任務(wù),首次檢驗(yàn)了我國新一代艙外航天服的功能性能,首次檢驗(yàn)了航天員與機(jī)械臂協(xié)同工作的能力及出艙活動相關(guān)支持設(shè)備的可靠性與安全性,為空間站后續(xù)出艙活動的順利實(shí)施奠定了重要基礎(chǔ)。

        當(dāng)然,要完成艙外活動各項(xiàng)任務(wù),離不開高科技裝備的支持,讓我們來認(rèn)識一下航天員的艙外“好幫手”。

        機(jī)械臂大展身手

        此次出艙活動中,核心艙機(jī)械臂首次托舉航天員到指定位置圓滿完成出艙操作,抬升天和核心艙艙外全景相機(jī)的位置,其大范圍轉(zhuǎn)移能力也得到了驗(yàn)證。

        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”。該機(jī)械臂由中國航天科技集團(tuán)五院(以下簡稱五院)抓總研制,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),主要承擔(dān)艙段轉(zhuǎn)位、航天員出艙活動、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8大類在軌任務(wù)。

        筆者從五院了解到,核心艙機(jī)械臂是我國首個(gè)可長期在太空軌道運(yùn)行的機(jī)械臂,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),一共7個(gè)關(guān)節(jié),每個(gè)關(guān)節(jié)對應(yīng)1個(gè)自由度,具有七自由度的活動能力。通過各個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)前后左右任意角度與位置的抓取和操作,為航天員出艙順利開展任務(wù)提供強(qiáng)有力的保證。

        為擴(kuò)大任務(wù)觸及范圍,該機(jī)械臂還具備“爬行”功能。其采用“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)械臂兩端活動功能相同;肩部與腕部各裝有一個(gè)末端執(zhí)行器,可以對接艙體表面安裝的目標(biāo)適配器,機(jī)械臂通過末端執(zhí)行器與目標(biāo)適配器對接與分離,同時(shí)配合各關(guān)節(jié)的聯(lián)合運(yùn)動,從而實(shí)現(xiàn)在艙體上的爬行轉(zhuǎn)移。

        艙外維修與輔助工具首次亮相

        作為航天員執(zhí)行出艙任務(wù)的“機(jī)械伙伴”,由五院研制的艙外維修與輔助工具,可協(xié)助航天員有效克服航天服手套充壓后操作不便、高難度單手操作、在軌防漂要求高等難題,具備輔助航天員在軌著航天服狀態(tài)下開展艙外行走、位姿轉(zhuǎn)換、設(shè)備更換、產(chǎn)品安全防護(hù)等多項(xiàng)功能,是執(zhí)行艙外活動必不可少的工具,其包括用于艙外設(shè)備維修的艙外電動工具、艙外扳手、通用把手等。

        艙外電動工具是此次維修任務(wù)用到的唯一機(jī)電類工具,它可以適應(yīng)艙外復(fù)雜的真空和高低溫環(huán)境,具有定力矩?cái)Q緊、擰松的工作模式,并且設(shè)置有休眠模式。

        艙外通用把手可以安裝到維修設(shè)備上,用于航天員在軌維修時(shí)進(jìn)行待維修設(shè)備的轉(zhuǎn)移及防漂,通過與設(shè)備端的通用把手底座配合,實(shí)現(xiàn)航天員單手完成對設(shè)備的快速鎖定、解鎖。

        艙外輔助維修工具還包含便攜式腳限位器、2種便攜式安全帶、艙外操作臺及微型工作臺等輔助工具。便攜式腳限位器是此次維修任務(wù)中機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)最為復(fù)雜的產(chǎn)品,共設(shè)計(jì)有旋轉(zhuǎn)、俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航4個(gè)關(guān)節(jié)自由度,可協(xié)助航天員在艙外調(diào)整至執(zhí)行任務(wù)的工作姿態(tài);與之配合使用緊密的艙外操作臺,可協(xié)助航天員進(jìn)行維修任務(wù)時(shí)掛放設(shè)備和維修工具,解放航天員雙手,實(shí)現(xiàn)設(shè)備或維修工具的臨時(shí)存放。便攜式安全帶可協(xié)助航天員實(shí)現(xiàn)艙外作業(yè)位置設(shè)備及維修工具的防漂。與航天服直接相連的微型工作臺,則像一根多功能腰帶一樣環(huán)繞在航天服腰部,將航天員出艙使用的艙外電動工具、艙外通用把手和艙外扳手隨身攜帶,確保航天員隨用隨取。

        信號全覆蓋,除了通話還能“直播”

        航天員進(jìn)行出艙活動時(shí),與地面建立高速、及時(shí)的通信聯(lián)系極為重要。出艙活動不僅是對航天員的全方位考驗(yàn),也是對天和核心艙與地面測控站之間通信能力的一大考驗(yàn)。

        五院研制的出艙通信子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了艙內(nèi)外航天員之間、艙內(nèi)外航天員與地面人員之間,以及艙外航天員之間的全雙工語音通信,在航天員艙外活動范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線通信全覆蓋。與上一代出艙通信系統(tǒng)相比,該產(chǎn)品具有通信距離更遠(yuǎn)、通信速率更高、工作壽命更長等特點(diǎn),同時(shí)由于采用了功率控制、抗多徑等措施,該產(chǎn)品具有更強(qiáng)的空間環(huán)境抗電磁干擾能力,并支持多名航天員同時(shí)出艙活動時(shí)的通話功能。

        艙外圖像傳輸子系統(tǒng)為艙外提供無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋,通過出艙無線收發(fā)設(shè)備提供的“熱點(diǎn)”進(jìn)行圖像傳輸,實(shí)現(xiàn)了對航天員出艙活動進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)記錄等功能,以及為太陽翼繞行測量試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)傳輸功能。

        同時(shí),第三代中繼終端產(chǎn)品通過與天鏈一號、天鏈二號中繼衛(wèi)星建立中繼鏈路,實(shí)現(xiàn)中繼通信,確保航天員與地面通信的實(shí)時(shí)暢通。這就好比在太空中搭建了地面與中繼衛(wèi)星、中繼衛(wèi)星與航天員之間的“天路”。

        空間站中繼終端與其他型號在設(shè)計(jì)上最大的區(qū)別在于,為了保證在軌使用的長壽命,需要具備在軌可維修性??臻g站中繼終端采用了集成化、模塊化的設(shè)計(jì)思路,在保證傳輸信號質(zhì)量的同時(shí),方便航天員維修更換。

        神舟十二號航天員乘組自6月17日進(jìn)駐天和核心艙以來,按計(jì)劃開展了各項(xiàng)工作,目前3名航天員狀態(tài)良好,后續(xù)在軌飛行期間還將進(jìn)行一次出艙活動。

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