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“宇宙級機械臂轉接頭”,真牛!

今天凌晨,航天員翟志剛、航天員王亞平安全返回天和核心艙,神舟十三號航天員乘組第一次出艙活動取得圓滿成功。

此次出艙活動中,空間站核心艙機械臂再次耀眼亮相,托舉航天員到達指定位置開展出艙操作,順利完成了機械臂級聯裝置的安裝工作,為後續實現“擎天巨臂”的組合打下扎實基礎。機械臂級聯裝置是做什麽用的?裡面有著怎樣的“黑科技”?

對接兩臂,實現“1+1=1”

空間站機械臂是我國航天事業發展的新領域之一,融合了機、電、熱、控制、光學等多個專業,這也更加凸顯了雙臂組合轉接件的研製難度。

此次出艙活動的“主角”——機械臂級聯裝置由雙臂組合轉接件和懸掛裝置組成,是空間站機械臂實現組合動作的關鍵裝備。其中,雙臂組合轉接件更是被空間站型號研製人員形象地比喻為“宇宙級機械臂轉接頭”。

航天科技集團五院空間站機械臂飛控負責人高升介紹,空間站機械臂由核心艙機械臂(大臂)和“問天”實驗艙機械臂(小臂)組成。

“按照空間站關鍵技術驗證及建造階段的任務規劃,實驗艙機械臂將隨‘問天’實驗艙一起發射入軌,並將在太空中與核心艙機械臂完成‘大小臂在軌組合’的亮眼操作,而實現組合的關鍵裝置就是雙臂組合轉接件。由於長度為10米的核心艙機械臂和長度為5米的實驗艙機械臂‘體型’差異較大,因此端口設計也有較大差別。”高升表示。

如何做好兩個機械臂的對接,實現“1+1=1”的效果,完成適應性強、操作難度更大的任務,對研製團隊來說是一個巨大的創新難題。

為此,研製團隊一次次開展方案論證,一輪輪進行設計優化,將小小的“宇宙級機械臂轉接頭”從創意變成了“四兩撥千斤”的科技“神器”——“它不僅有助於完成兩個機械臂的接口互連,更實現了兩者間電氣和信息的互通,在惡劣的太空環境中安全打通兩個機械臂之間的‘任督二脈’。”高升稱。

這個科技“神器”從哪些方面進行了改進?高升表示,雙臂組合轉接件將幫助兩個形態截然不同的機械臂完成轉接,保證組合機械臂具備承載更大載荷進行大範圍轉移的能力,“在原材料選用、製造工藝、適應空間站環境的長壽命設計等方面均作出了巨大的突破和創新。”

完成在軌任務,收“刀”入“鞘”

在機械臂級聯裝置安裝過程中,首先安裝在核心艙艙壁上的懸掛裝置帶有巧妙的抱爪結構,用於捕獲和存放雙臂組合轉接件,並為它提供供電保證。

完成懸掛裝置安裝後,航天員翟志剛輕推雙臂組合轉接件進入卡口位置,懸掛裝置在指令的遙控下,通過抱爪結構準確地將轉接件抓住,並將其“擁入懷中”。

那麽,雙臂組合轉接件和懸掛裝置到底是什麽關係呢?航天科技集團五院空間站機械臂懸掛裝置主管設計師高翔宇以“刀劍”和“刀鞘”舉例解釋:“雙臂組合轉接件好比‘刀劍’,懸掛裝置則好比‘刀鞘’。未來,當兩個空間站機械臂開展對接工作時,核心艙機械臂(大臂)將主動探向雙臂組合轉接件,通過末端視覺相機識別靶標,將其從懸掛裝置上精準取出,進而完成與‘問天’實驗艙機械臂的組合,形成更長、更穩定的靈巧型空間機器人。”

屆時,空間站機械臂可達範圍直接拓展為14.5米,活動範圍可直接覆蓋空間站三個艙段,隨時實現對空間站艙體表面的巡檢。“機械臂在組合對接狀態下完成在軌任務後,又要重新分為大小機械臂兩個部分,此時雙臂組合轉接件自然是收‘刀’入‘鞘’,由核心艙機械臂主動將雙臂組合轉接件重新放回懸掛裝置中。”

天和機械臂可以承載25噸級的大型航天器,未來它和小臂,即“問天”實驗艙上的機械臂組合在一起後,能力將得到進一步提升。

“未來,在空間站完成三艙組合後,航天員出艙任務大部分將由組合臂的形式完成。”航天科技集團五院空間站機械臂副主任設計師朱超表示,“後續,空間站機械臂將通過雙臂組合轉接件實現兩個機械臂的組裝,進而完成高難度、更加多樣化的任務目標,這不僅是世界首次,更是中國智慧的重要體現!”

監製/王磊

總台央廣記者/張棉棉 張宇 時小丹

來源:中央廣電總台中國之聲

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