太空中的“大力神臂”究竟有多厉害？

赵聪

7月4日，中国航天员刘伯明、汤洪波顺利出舱，雄伟有力的空间站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，首次检验了航天员与机械臂协同工作的能力，以及出舱活动相关支持设备的可靠性与安全性，为空间站后续出舱活动的顺利实施奠定了重要基础。这个充满科技未来感的“变形金刚”，吸引了众多网友的注意力。那么，太空中的“大力神臂”究竟厉害在哪儿？

机械臂“档案”

七关节—空间站的“多面手”

空间站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，它由两根臂杆组成，对应着人体的大臂和小臂。两根臂杆的展开长度可达10.2米，可实现联合动作或单根臂杆的独立工作。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，每个关节对应一个自由度。

所谓“七自由度”，就是说它能像人的手臂一样，具有七自由度的活动能力，通过旋转结构，能够实现自身前后左右任意角度与位置的抓取和操作，为航天员顺利出舱“一展身手”提供强有力的保证。

可爬行—空间站上“任我行”

由于核心舱机械臂采用了“肩3+肘1+腕3”的配置方案，肩部关节与腕部关节配置完全相同，两端的活动功能一致;同时，机械臂的肩部与腕部各有一个末端执行器，通过末端执行器与舱体表面的目标适配器进行对接。而在空间站三大舱段外表面均配置了大量的适配器，机械臂通过与其对接和分离，同时配合各关节的联合运动，就能实现在空间站舱体表面自主爬行功能，能自行选择合适的转位基座，实现舱外爬行，实现自我移位和安装。

不过，爬行过程中的电是从哪里来的呢？难道机械臂上还能自行携带充电宝吗？这就得益于我们的末端执行器，机械臂末端除可提供对接与分离的机械接口外，还配备供配电接口、通信接口和其他一系列的功能接口，这样一来，只要末端与目标适配器固联后，整条机械臂就能电力满满啦！

多个集成系统—“高智能机器人”

为实现整个机械臂的平稳运行和精确定位，它便化身为一个高智能机器人：具有明亮的眼睛——视觉系统;具有头部和尾部——两个末端执行器;具有触觉神经——末端执行器上面的多个传感器。它们对各位置的信息交互起到连接和转发的功能，对于机械臂关节和末端的灵活性和精准度起到至关重要的作用。而机械臂智慧的大脑——中央控制器，则作为机械臂管理系统的控制和通信枢纽，负责接收地面飞控人员的各种指令，迅速制定动作方案，进而控制机械臂精准地完成各种动作。

它所拥有的精确操作能力和视觉识别能力，既具有自主分析能力，也可以由航天员进行遥控。视觉监视系统体现在机械臂的肩部、腕部、肘部各有1台视觉相机;其中，肩部与腕部视觉相机能对舱外状态进行监视，并能对舱表状态进行检查，用来监测空间碎片可能对舱外暴露的实验载荷产生撞击。因此，通过机械臂在艙体表面的爬行，配合视觉相机监视，就如同空间站伸出了一个大大的自拍杆，实现了360度全覆盖无死角的监视，非常巧妙地实现了对空间站舱外设备的巡检功能。

 中国“智”造—核心元件国产化

空间站机械臂作为目前我国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，是中国航天事业发展的新领域之一。在机械臂研制过程中，科研团队在关键技术、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，使我国成为世界上第三个掌握大型空间机械臂核心技术并应用的国家，全部核心部件实现国产化，并形成了多项国家空间机器人行业标准，引领空间智能装备的中国制造之路。

由于空间站组合体规模更加庞大，出舱作业量更加繁多，舱外作业难度更加艰巨，因此在空间站建造过程中，机械臂还将重任在肩，继续承担一系列在轨任务，助力中国“太空家园”早日建成。