結構“解密” 出艙任務少不了它

今天（7月4日）上午，神舟十二號三名航天員協同配合，正在進行中國空間站首次出艙活動。

這次出艙任務，空間站艙外的機械臂首次配合航天員共同完成。機械臂是我國目前智慧程度最高、技術難度最大、系統最複雜的空間智慧製造系統，機械臂都有哪些功能？是怎麼配合航天員完成出艙任務的？跟著記者的鏡頭，一起了解這個空間站上的多面手。

3肩1肘3腕 7自由度可抓25噸重物

總檯央視記者 李寧：這個就是大名鼎鼎的中國空間站機械臂，目前它的狀態是一個發射段的初始狀態，機械臂一共是分為三個肩，一個肘和三個腕，外加兩個末端執行機構，整個展開之後的長度超過10米。

空間站機械臂是我國首個可長期在太空軌道執行的機械臂，它能真實模擬人手臂的靈活轉動，透過旋轉結構，能在前後左右的任何角度和部位抓取物體，抓取能力可以達25噸，具有七個自由度的活動能力。

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：7個自由度的話就相當於是肩部3個自由度，肘部1個，腕部3個。相當於是滾轉、平衡加俯仰是3個自由度，肩部和腕部分別是對稱的，所以加起來是7個自由度。

兩個末端執行器：一端固定在艙壁 另一端抓取

除了具有靈活的手臂，機械臂還有明亮的眼睛——視覺系統，以及敏銳的觸覺神經，機械臂的肩部與腕部各有一個末端執行器，它可以像人的手掌一樣，抓取在軌的艙段或者貨物。

總檯央視記者 李寧：這個就是末端執行機構，也就是負責移動、爬行以及飛行器捕獲的裝置。在空間站上一共有兩個這樣的機構，可以更換，它連線的位置就是腕。

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：機械臂在艙上進行爬行的時候，也是透過末端執行器來捕獲艙段上的目標收接器實現固聯。末端上還配置了腕部相機，透過相機的監視，可以實時成像艙外的影象，包括空間站表面，還有航天員操作等場景。整個機械臂在艙體上的連線，包括機械上的、電氣上的、資訊上都是靠末端執行器來完成。它既有機（械）的連線也有電的連線，整個末端可以互換。

“大腦”在肘部 肩部腕部有多個相機

總檯央視記者 李寧：這個就是機械臂的肘部，和人類的肘部一樣，透過它來連線機械臂的兩條直臂，從而實現爬行以及移動。整個機械臂的大腦就在它的肘部。

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：這個就是機械臂一個肘部，它包括一個關節，這邊是一箇中央控制器。中央控制器相當於整個機械臂的大腦，機械臂的一個運動，還有資訊傳輸都是靠中央控制器。乙太網交換機，就是機械臂上面本身有腕部相機、肘部相機，各路相機影象下傳和收集都是靠交換機進行一箇中轉。

不只功能強大 機械臂還能應對複雜空間環境

除了功能強大之外，研製人員還充分考慮了機械臂的執行環境，在安全防護方面也做足了功課。

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：大家常說的重力、溫度、宇宙射線，單粒子的影響，包括在控制器選型上都會考慮這些因素，所以都有一些防護，包括這些外殼。本身設計的時候都考慮了空間站以外的其他碎片，防撞擊的效能也都做過一些相關試驗。即使真出現了惡劣情況，應該也不會對本身功能造成影響。

研製人員開動腦筋！機械臂在艙外還能有這些“神操作”

目前正在飛行的空間站組合體，僅核心艙的長度就有16。6米，而機械臂展開後長度只有10。2米，那麼，超過機械臂長度的地方如果需要安裝或維修裝置，又該如何作業呢？按計劃，明年還將會有兩個實驗艙與核心艙對接，形成一個更大的、“T”字構型的空間站，如何保證機械臂的工作範圍能覆蓋整個空間站？為此，研製人員設計了讓機械臂在艙外爬行的“神操作”。

單純依靠機械臂自身的長度，是無論如何也不可能照顧到空間站的各個位置的，於是，研製人員為機械臂設計了一個獨特的功能。透過機械臂兩端的末端執行器與空間站表面的介面卡相連線，機械臂在可以空間站上“爬行”，從而使機械臂的工作範圍完全覆蓋整個空間站。

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：咱們國家空間站是將來要建成“T”字構型，我們機械臂是要面向整個15年的運營，要去不同的位置進行一些輔助作業，所以機械臂要覆蓋整個艙段。儘量把機械臂的位置擴充套件一下，我們就想透過一種既靈活又經濟簡便的方式來實現整個空間站的覆蓋，所以就設計了爬行的方式。

機械臂任務之一：運送其中一名航天員到作業點

科研人員告訴記者，目前，空間站機械臂已經經過一系列測試，也已經完成了爬行的動作。在這次神舟十二號航天員出艙任務中，機械臂負責運送航天員到作業點。

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：機械臂來主要就是輔助於其中一名航天員轉移到作業點的位置，然後航天員自主完成作業，艙外裝置的（安裝）維修，然後再將航天員返回到出艙口。可以快速地將航天員從出艙的位置轉移到作業的位置，這個比航天員在艙外爬行自主轉移要快速很多，提高效率。

機械臂強大功能！實現艙段轉位、飛行器捕獲

透過“爬行”，機械臂的工作範圍可以覆蓋整個空間站，這就為未來的眾多工提供了保障。在後續任務中，機械臂還將承擔艙段轉位、懸停飛行器捕獲和輔助對接、艙外貨物搬運、空間環境試驗平臺照料等重要任務。

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：後面的任務，天舟二號轉位也是相當於為實驗艙的轉位做一個提前的驗證。

機械臂如何搭載航天員？都要用到哪些工具？

在中國空間站航天員首次出艙活動中，劉伯明搭乘機械臂前往作業點，展開艙外作業。那麼，機械臂上供航天員能站或者能扶的機構是什麼樣？航天員怎麼才能上到機械臂上去？再透過記者的探訪詳細瞭解一下。

出艙作業首要任務：安裝腳限位器和艙外操作檯

總檯央視記者 李寧：我們的航天員第一次出艙作業，首先的任務就是要把這兩個工具帶出艙，一個是行動式的腳限位器，一個是艙外操作檯。

航天科技集團五院總裝與環境工程部總裝技術支援主管工程師 範子琦：機械臂末端安裝行動式腳限位器基座，到時候航天員拿著行動式腳限位器直接插到這個基座中，進行鎖定。開關設定了二次鎖定，相當於雙重保護，防止因為誤碰把開關碰開了以後，腳限位器脫出。航天員兩隻腳透過兩個環插進去，然後向外一滑，把腳後跟卡到卡槽裡就可以實現腳部固定。

航天科技集團五院總裝與環境工程部總裝技術支援主管工程師 範子琦：這個是叫艙外操作檯，是安裝到行動式腳限位器，側面有一個介面上，這個主要是出艙以後用於放置維修的裝置或者工具的。共有是6個介面，（左右）各有1個載物杆；中心面板上有4個通用介面。主要是掛，比如說艙外有裝置壞了需要維修，航天員從艙內帶出去，可以臨時先放在這裡；然後把艙上需要換的裝置換下以後，也放到這裡，然後再把（從艙內的帶來的）取下來更換一下，相當於一個載物架。