中國空間站機械臂沒有手,它如何抓起25噸的飛船?


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中國空間站機械臂沒有手,它如何抓起25噸的飛船?

中國天宮空間站核心艙的主機械臂長為10.2米,總質量738千克,有7個關節和7個自由度,不僅比人的手臂靈活,它還能夠對接並移動重達25噸的物體。

說起機械手,我們最先想到的常常是一個人手模樣的機器,它應該有手指,能完成精巧的操作。至少它會裝一副鉗子,可以夾起和搬運沉重的物體。

但是細心的小伙伴們注意到,中國機械臂並沒有一個可以用來抓握物體的機械手,那麼它是怎麼抓住二十幾噸重的飛船並且將其與空間站對接的呢?

中國空間站機械臂

從載人航天科普展覽已經公開的天和核心艙機械臂縮比模型看,中國空間站機械臂的兩端看起來像一組超大號插頭——這組被稱為“末端執行器”的東西就是機械臂的“抓手”,當然,它不是什麼都能抓,而是只能與相應規格的“適配器”結合才能完成抓取動作。

在天和核心艙、天舟貨運飛船、神舟載人飛船以及未來的“夢天”、“問天”實驗艙的表面,都佈置了若干個這樣的適配器。

天和核心艙外的機械臂適配器

從天和核心艙公開照片看,位於小柱段的適配器與國際空間站有相似之處,它的中間都立著一根“鐵釘”狀的金屬柱,金屬柱旁邊有三個傾斜的金屬塊,再往外是四片白色長方塊。

國際空間站外也有多個適配器

在所有的對接過程中,機械臂“抓”的就是適配器中間的那根釘子(抓斗銷)。

我們已經介紹過了,機械臂沒有手,也沒有爪子,它怎麼才能準確把握住這枚釘子呢?這首先需要靠機械臂頭部的攝像機幫忙。操作員先將攝像機對準適配器上的瞄準點(天宮空間站是幾個白點中部的凸起部位,國際空間站是白色十字中心),再小心操控機械臂慢慢靠近它,這樣基本就能保證釘子處在可“把握”的範圍。

機械臂攝像機與適配器上的瞄準點

末端執行器中部圓筒裡邊有三根鋼絲,鋼絲兩端分別固定在內外兩個套筒上,其長度大約是套筒內徑大小。內筒旋轉一定角度時,鋼絲繃緊,從而達到將釘子“抓握”在中心的效果。

機械臂依靠收緊鋼絲“抓握”

三根鋼絲“握住”適配器的釘子後,內套筒向回收,將限位器拉進執行器的凹槽內,實現兩器結合。

末端執行器與適配器結合

完成這一步之後,機械臂就能進行對目標飛行器的推拉和轉位動作,但是三根鋼絲的緊固力量畢竟有限,對付龍飛船這樣的飛行器還行,對接轉移更重的航天器就有些力有不逮了。

這時候我們需要用到末端執行機構的四個卡扣鎖緊裝置,同時在適配器相應位置也要開槽。

末端執行器依靠四個卡扣鎖緊

你看到天和核心艙適配器邊上那4個白色長方塊,就是固定裝置開孔的蓋板,用來保護內部的夾具和電氣插座。

機械臂在核心艙和實驗艙上“爬行”,我們首先需要保證向它提供可靠的供電,同時數據傳輸和視頻監視的信號不能中斷,供電和信號都通過適配器插座與機械臂連接。

卡扣中間藏著供電和數據插頭

由於許多貨運飛船不具備自主對接能力,國際空間站的機械臂成了不可或缺的裝備。它不僅需要抓住靠近的飛船以幫助對接,還要輔助宇航員完成出艙行走、移動物品和空間站維護。

中國天宮空間站上的機械臂所做的事情與國際空間站近似。中國機械臂在尺寸和重量上要小一些,但操縱更簡單也更加智能,不僅從空間站和地面都能便捷操控,它還能根據指令自主移動到指定位置協助完成任務。

中國機械臂操控更便捷、智能

機械臂沒有“手”,它通過三根鋼絲和卡扣來捕獲和鎖定飛船,只要機械臂保持輕柔與緩慢的運動速度,它就能拖動龐大沉重的飛船。 25噸?那都不是事兒,輕輕一抓就轉起來!

別看美國造出過航天飛機,國際空間站的大部分構件也由美國主導,但二十多年來美國沒有一條機械臂在太空服役。中國不僅造出了功能完備的空間站,機械臂技術也已經超越了加拿大,從這一點看,我們比美國強。

機械臂抓取並轉移貨運飛船