“宇宙級(jí)機(jī)械臂轉(zhuǎn)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(hào)航天員乘組第一次出艙活動(dòng)取得圓滿成功。
此次出艙活動(dòng)中，空間站核心艙機(jī)械臂再次耀眼亮相，托舉航天員到達(dá)指定位置開(kāi)展出艙操作，順利完成了機(jī)械臂級(jí)聯(lián)裝置的安裝工作，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)“擎天巨臂”的組合打下扎實(shí)基礎(chǔ)。機(jī)械臂級(jí)聯(lián)裝置是做什么用的？里面有著怎樣的“黑科技”？
對(duì)接兩臂，實(shí)現(xiàn)“1+1=1”
空間站機(jī)械臂是我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域之一，融合了機(jī)、電、熱、控制、光學(xué)等多個(gè)專業(yè)，這也更加凸顯了雙臂組合轉(zhuǎn)接件的研制難度。
此次出艙活動(dòng)的“主角”——機(jī)械臂級(jí)聯(lián)裝置由雙臂組合轉(zhuǎn)接件和懸掛裝置組成，是空間站機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)組合動(dòng)作的關(guān)鍵裝備。其中，雙臂組合轉(zhuǎn)接件更是被空間站型號(hào)研制人員形象地比喻為“宇宙級(jí)機(jī)械臂轉(zhuǎn)接頭”。
航天科技集團(tuán)五院空間站機(jī)械臂飛控負(fù)責(zé)人高升介紹，空間站機(jī)械臂由核心艙機(jī)械臂（大臂）和“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂（小臂）組成。
“按照空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證及建造階段的任務(wù)規(guī)劃，實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂將隨‘問(wèn)天’實(shí)驗(yàn)艙一起發(fā)射入軌，并將在太空中與核心艙機(jī)械臂完成‘大小臂在軌組合’的亮眼操作，而實(shí)現(xiàn)組合的關(guān)鍵裝置就是雙臂組合轉(zhuǎn)接件。由于長(zhǎng)度為10米的核心艙機(jī)械臂和長(zhǎng)度為5米的實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂‘體型’差異較大，因此端口設(shè)計(jì)也有較大差別。”高升表示。
如何做好兩個(gè)機(jī)械臂的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)“1+1=1”的效果，完成適應(yīng)性強(qiáng)、操作難度更大的任務(wù)，對(duì)研制團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的創(chuàng)新難題。
為此，研制團(tuán)隊(duì)一次次開(kāi)展方案論證，一輪輪進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，將小小的“宇宙級(jí)機(jī)械臂轉(zhuǎn)接頭”從創(chuàng)意變成了“四兩撥千斤”的科技“神器”——“它不僅有助于完成兩個(gè)機(jī)械臂的接口互連，更實(shí)現(xiàn)了兩者間電氣和信息的互通，在惡劣的太空環(huán)境中安全打通兩個(gè)機(jī)械臂之間的‘任督二脈’�！备呱Q。
這個(gè)科技“神器”從哪些方面進(jìn)行了改進(jìn)？高升表示，雙臂組合轉(zhuǎn)接件將幫助兩個(gè)形態(tài)截然不同的機(jī)械臂完成轉(zhuǎn)接，保證組合機(jī)械臂具備承載更大載荷進(jìn)行大范圍轉(zhuǎn)移的能力，“在原材料選用、制造工藝、適應(yīng)空間站環(huán)境的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)等方面均作出了巨大的突破和創(chuàng)新�！�
完成在軌任務(wù)，收“刀”入“鞘”
在機(jī)械臂級(jí)聯(lián)裝置安裝過(guò)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(jié)構(gòu)，用于捕獲和存放雙臂組合轉(zhuǎn)接件，并為它提供供電保證。
完成懸掛裝置安裝后，航天員翟志剛輕推雙臂組合轉(zhuǎn)接件進(jìn)入卡口位置，懸掛裝置在指令的遙控下，通過(guò)抱爪結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確地將轉(zhuǎn)接件抓住，并將其“擁入懷中”。
那么，雙臂組合轉(zhuǎn)接件和懸掛裝置到底是什么關(guān)系呢？航天科技集團(tuán)五院空間站機(jī)械臂懸掛裝置主管設(shè)計(jì)師高翔宇以“刀劍”和“刀鞘”舉例解釋：“雙臂組合轉(zhuǎn)接件好比‘刀劍’，懸掛裝置則好比‘刀鞘’。未來(lái)，當(dāng)兩個(gè)空間站機(jī)械臂開(kāi)展對(duì)接工作時(shí)，核心艙機(jī)械臂（大臂）將主動(dòng)探向雙臂組合轉(zhuǎn)接件，通過(guò)末端視覺(jué)相機(jī)識(shí)別靶標(biāo)，將其從懸掛裝置上精準(zhǔn)取出，進(jìn)而完成與‘問(wèn)天’實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂的組合，形成更長(zhǎng)、更穩(wěn)定的靈巧型空間機(jī)器人�！�
屆時(shí)，空間站機(jī)械臂可達(dá)范圍直接拓展為14.5米，活動(dòng)范圍可直接覆蓋空間站三個(gè)艙段，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間站艙體表面的巡檢�！皺C(jī)械臂在組合對(duì)接狀態(tài)下完成在軌任務(wù)后，又要重新分為大小機(jī)械臂兩個(gè)部分，此時(shí)雙臂組合轉(zhuǎn)接件自然是收‘刀’入‘鞘’，由核心艙機(jī)械臂主動(dòng)將雙臂組合轉(zhuǎn)接件重新放回懸掛裝置中。”
天和機(jī)械臂可以承載25噸級(jí)的大型航天器，未來(lái)它和小臂，即“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙上的機(jī)械臂組合在一起后，能力將得到進(jìn)一步提升。
“未來(lái)，在空間站完成三艙組合后，航天員出艙任務(wù)大部分將由組合臂的形式完成。”航天科技集團(tuán)五院空間站機(jī)械臂副主任設(shè)計(jì)師朱超表示，“后續(xù)，空間站機(jī)械臂將通過(guò)雙臂組合轉(zhuǎn)接件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)機(jī)械臂的組裝，進(jìn)而完成高難度、更加多樣化的任務(wù)目標(biāo)，這不僅是世界首次，更是中國(guó)智慧的重要體現(xiàn)！”
