中國空間站出艙利器大揭秘

中青報·中青網記者 邱晨輝 來源：中國青年報 （ 2021年07月13日 12 版）

北京時間7月4日14時57分，神舟十二號航天員乘組密切協同，圓滿完成出艙活動期間全部既定任務，航天員劉伯明、湯洪波安全返回天和核心艙。整個出艙活動歷時約7小時，牽動人心。

百變金剛“中國臂”究竟神奇在哪兒

當天8時11分，航天員劉伯明成功開啓天和核心艙節點艙出艙艙門。截至11時02分，劉伯明、湯洪波已先後從天和核心艙節點艙成功出艙，並已完成在機械臂上安裝腳限位器和艙外工作台等工作。

在此次出艙任務中，空間站核心艙機械臂首次託舉劉伯明到指定位置圓滿完成出艙操作，抬昇天和核心艙艙外全景相機的位置，並驗證了機械臂的大範圍轉移能力。

空間站核心艙機械臂是目前我國同類航天產品中複雜度最高、規模最大、控制精度最高的空間智能機械系統。這條被稱作百變金剛的“中國臂”，自從上了天就備受關注。

中國航天科技集團五院空間站機械臂控制系統主任設計師梁常春説，核心艙機械臂展開長度為10.2米，最多能承載25噸的重量，是空間站任務中的“大力士”，其主要承擔艙段轉位、航天員出艙活動、艙外貨物搬運、艙外狀態檢查、艙外大型設備維護等八大類在軌任務，為航天員出艙順利開展出艙任務提供強有力的保證。

據他介紹，空間站核心艙機械臂是我國首個可長期在太空軌道運行的機械臂，其肩部設置了3個關節、肘部設置了1個關節、腕部設置了3個關節，一共7個關節，每個關節對應一個自由度，“就如同人的手臂一般，具有七自由度的活動能力”。

在這次出艙任務中，3名航天員都有明確分工。出艙的兩名航天員，一人要為機械臂安裝上臂支架，包括腳限位器、工作台等，隨後藉助機械臂進行移動。另一名航天員藉助艙壁上安裝的扶手，爬行一段距離到作業點進行輔助工作。

梁常春告訴記者，由於核心艙機械臂採用“肩3+肘1+腕3”的關節配置方案，肩部和腕部關節配置相同，意味着機械臂兩端活動功能是一樣的。

同時，機械臂的肩部與腕部各安裝了一個末端執行器，作為機器臂的觸手，末端執行器可以對接艙體表面安裝的目標適配器，機械臂通過末端執行器與目標適配器對接與分離，同時配合各關節的聯合運動，從而實現在艙體上的爬行轉移。

梁常春説，為實現整個機械臂的平穩運行和精確定位，空間站機械臂各處裝有“控制大腦”，包括1套機械臂中央控制器、7套關節控制器和兩套末端控制器。

航天員出艙後靠啥與地面聯繫

進行出艙活動時，與地面建立高速及時的通信聯繫尤為重要，出艙活動不僅是對航天員的全方位考驗，也是對空間站天和核心艙與地面測控站間通信能力的一大考驗。

中國航天科技集團五院空間站系統副總設計師柏林厚表示，該院研製的第三代中繼終端產品，通過與中繼衞星天鏈一號和天鏈二號建立中繼鏈路，實現中繼通信，確保航天員與地面通信的即時暢通。這就好比在太空搭建了地面與中繼衞星、中繼衞星與航天員之間的“天路”。

值得一提的是，空間站中繼終端與其他型號在設計上最大的區別在於，為了保證在軌使用的壽命，需要具備在軌可維修性。空間站中繼終端採用集成化、模塊化的設計思路，在保證傳輸信號質量的同時，方便航天員維修更換。

柏林厚表示，該院研製的出艙通信子系統，實現了艙內外航天員之間、艙內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，在航天員艙外活動範圍內實現無線通信全覆蓋。

與上一代出艙通信系統相比，最新的出艙通信子系統具有通信距離更遠、通信速率更高、工作壽命更長等特點，同時由於採用了功率控制、抗多徑等措施，具有更強的空間環境抗電磁干擾能力，並支持多名航天員同時出艙活動時的通話功能。

柏林厚表示，艙外圖像傳輸子系統為艙外提供無線網絡覆蓋，通過出艙無線收發設備提供的“熱點”進行圖像傳輸，實現了航天員出艙活動進行即時顯示、即時記錄等功能以及為太陽翼繞行測量試驗提供數據傳輸功能。

首次亮相的“出艙工具包”都有啥

為航天員執行出艙任務的“機械夥伴”——艙外維修與輔助工具也首次亮相。

此次劉伯明、湯洪波身着的新一代“飛天”艙外航天服為中國自主研製，航天服經改進後，能滿足身高1.6米到1.8米的人穿着，還能根據航天員的體型進行調整，且穿脱方便快捷。

此外，柏林厚介紹，艙外維修與輔助工具由五院研製，可協助航天員有效克服在軌着航天服狀態下手套充壓後操作不便、航天員需單手操作難度大、在軌防飄要求高等難題，具備輔助航天員在軌着航天服狀態下開展艙外行走、位姿轉換、設備更換、產品安全防護等多項功能，是航天員執行艙外活動必不可少的工具。

他告訴記者，為了確保艙外維修與輔助工具的健康狀態良好，滿足首次出艙任務需求，在首次出艙之前，航天員已在艙內進行了維修工具的健康狀態檢查、使用狀態設置等各項工作，確保滿足出艙應用需求。

據他介紹，艙外維修與輔助工具不僅有用於艙外設備維修的艙外電動工具、艙外扳手、通用把手等工具，也有各種配合航天員艙外姿態穩定、轉換的便攜式腳限位器、艙外操作枱等輔助工具。

作為空間站維修工具產品的“一號選手”，艙外電動工具是此次維修任務用到的唯一一個機電類工具，可以適應艙外複雜的真空和高低温環境，具有定力矩擰緊、擰鬆的工作模式，並且設置有休眠模式。

柏林厚介紹，艙外輔助維修工具包含便攜式腳限位器、艙外操作枱、兩種便攜式安全帶及微型工作台。便攜式腳限位器是此次維修任務中機構設計最為複雜的產品，共設計旋轉、俯仰、滾轉、偏航4個關節自由度，可協助航天員在艙外調整至執行任務的工作姿態。

神舟十二號航天員乘組自6月17日進駐天和核心艙以來，按計劃開展了各項工作，目前3名航天員狀態良好，後續在軌飛行期間還將進行一次出艙活動。

2021年07月13日 12 版