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艙外爬行、捕獲飛行器,美國科幻片中才有的太空臂,中國已經用上

作者:滄海閱銘
艙外爬行、捕獲飛行器,美國科幻片中才有的太空臂,中國已經用上

前言

艙外爬行、捕獲飛行器,曾經在美國科幻電影才出現的太空機械臂,在中國空間站宛如一隻靈巧的“太空巧手”,在太空中執行着各種任務。

自從展示這項技術以來,美國就一直擔心其衛星會遭到中國的“幹擾”。

那麼,大陸太空臂待到底有多牛?能讓美國如此擔心?

主要信源:國際線上《中國空間站成功試驗機械臂後,印媒:美國“高度擔憂”》2022.1.11
艙外爬行、捕獲飛行器,美國科幻片中才有的太空臂,中國已經用上

國際線上《中國空間站成功試驗機械臂後,印媒:美國“高度擔憂”》2022.1.11

中國空間站機械臂

去年美國有一部《太空部隊》上映,電影裡面還有中國的戲份,并且劇中的中國還是很厲害的,有着強大的航天技術。

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其中有一個名場面,中國衛星經過美國衛星旁邊時停下了,伸出了長長的機械臂,順便把美國衛星兩個太陽能電池闆給“剪掉”了,然後揚長而去。

這一幕顯然有一些搞笑,讓劇中的美國四星上将氣得爆國粹,也讓劇外的中國觀衆笑開了花。無不贊歎,好像是有點意思!

不過,雖然沒有那麼誇張,但是這個太空機械臂的确是真的,大陸的空間站的機械臂是由航天科技集團五院研發的。

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機械臂的科技含量很高,融合了機、電、熱、控制、光學等多個專業,不過作為手臂最重要的一點就是“靈活”,是以難度極高,而且需要有能力執行各種在空間站的任務。

是以,大陸的機械臂其實早早的就研發了,并且一直在大陸的空間站内,同時也是大陸空間站重要元件,也是幫助航天員完成各種複雜操作的重要幫手。

大陸空間站的機械臂性能十分強大,空間站機械臂可達範圍可以擴充到14.5米,覆寫了大陸空間站所有的艙段,可以實作對空間站艙體表面的巡檢。

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中國空間站機械臂的重量大約為0.74噸,并且采用的還是大負載自重比設計,負重能力高達25噸,看來這個機械臂的力氣可真不小。

不僅是力氣很大,航天五院設計的機械臂關節也獨具匠心,在機械臂的肩部、肩部、肘部和腕部分别設定了三個、一個和三個關節,每個關節都能實作一個自由度的運動。

看來,大陸的科研人員在機械臂的制造确實下了大功夫,因為會經常暴露在太空輻射情況下,是以機械臂原材料、制造技術,還有關鍵技術和算法程式設計都是做出了巨大突破的!

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那麼,這個太空機械臂到底有什麼作用?

資訊來源:中國載人航天《機械臂,多項全能!》2021.8.5
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首次執行任務

這個機械臂的用處非常大,大陸在2022年1月6日時,就進行了中國空間站機械臂轉為轉位貨運飛船試驗。

由于大陸太空機械臂是由多個關鍵和臂段組成的,而且制作這些手臂的材料不僅采用具有極高強度的,同時還擁有很輕重量的特殊航天材料。

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是以在太空中執行任務的時候,就可以盡可能的減少對航天器的負擔,畢竟這個“小家夥”可是要在空間站表面來回穿梭,太重的話肯定不太合适。

而且這個特殊的航天材質,也讓機械臂在太空環境中可以承受更多重量,更好的通過關節處的液壓、電動裝置進行“靈巧”的活動。

畢竟是擁有7個關節的,相當于有了7個自由度,每個關節隻要經過輕微調節,就可以實作很多操作,甚至比人類的手臂還要靈活。

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是以,可見的這個太空機械臂是否發電,甚至有點像某種“動物”了,因為看起來實在是太靈活了。

不僅如此,其實除了這個大的機械臂,實驗艙上還有一個小的機械臂,這倆機械臂還可以進行組合,形成14個關節,14個自由度微調微控,已經無法想象這個機械臂到底有多靈活了!

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不僅如此,雖然是機械臂,但是是沒有類似于“手”的裝置,也沒有配備機械抓手或者其他可以操作的裝置。

主要的原因,就是采用一個更加特殊的“抓手”,這種抓手叫做“末端執行器”,這個東西看起來很酷,實際上作用也很大,就像一個“插頭”一樣,一樣可以實作抓取的功能。

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在這次貨運飛船轉位實驗中,通過“末端執行器”對目标進行抓捕,将機械臂的插頭和目标适配進行對接,然後在爬過去到節點艙附近的停泊口後,捕獲成功後,就開始移動“天河二号”核心層,并且成功完成了轉位。

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從圖中可以看出,這個小小的手臂,居然可以将這麼大的天河二号核心艙,進行轉位操作,可見這它的力氣是非常大!

其實除了完成這種核心艙轉位的操作,機械臂的“絕活”還多着呢!

那麼,這個太空機械臂還能幹點啥?

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資訊來源:中國青年網《空間站機械臂如何發揮“一臂之力”?一起來了解》2024.1.8
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中國青年網《空間站機械臂如何發揮“一臂之力”?一起來了解》2024.1.8

全能的機械臂

能幹的事情實在是太多了,簡直就是一個“空間站管家”,不僅可以幫助空間站轉位、巡視等基本操作。

最牛的地方,這家夥完成“托人”的操作,它可以輕松“舉起”,自身十倍以上重量,是以可以在太空中可以輕易把“航天員”來一個“舉高高”!

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可以說,簡直就是航天員出艙執行任務時,最可靠的“人”之一,因為太空臂不僅可以支援航天員在艙外進行活動。

還可以幫助航天員,在艙外執行對航天器進行維護、安裝還有維修操作,因為執行任務的時候,本來就背着上百公斤的航天服,是以活動能力十分受限。

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本來做一下基本的精細操作就十分苦難了,還得幫着繩子在空間站上來回跑,這顯然對航天的體力會有很大的限制。

是以,機械臂這時候作用就展現出了,就像是一雙“大手”一樣,隻需要輕輕推動航天員,就可以讓航天員成功實作移動,給更精細化的任務上節省體力。

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畢竟太空環境下,實在是危險,體力是航天員最重要的東西,是以隻做精細化的工作,才是對航天員安全最大的保障,是以機械臂功不可沒。

不僅如此,機械臂還能進行卸貨,大陸的天舟貨運飛船在去送貨的時候,機械臂就起了大作用了,畢竟貨物的重量可想而知,依靠航天員去卸貨不僅費力氣,還很危險。

是以機械臂可以通過天舟飛船裡的開放式非加壓貨艙構型,也就是給貨艙提供了一個對接的接口,機械臂可以協助航天員轉移天舟貨運飛船内的貨物。

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在去年12月21日的時候,大陸神州十七号航天員就進行了首次出艙活動,這次出艙任務的目的就是修空間站的太陽翼闆。

因為目前太空裡的垃圾太多了,空間站的太陽翼會遭受很多碎片的撞擊,是以會造成輕微損傷,是以需要航天員是修一下太陽翼,以保證空間站可以正常工作。

這時候,機械臂就起了大作用了,神舟十七号的航天員湯洪波在出艙後,由于距離太陽翼還有一定距離,是以機械臂大喊一聲“我來!”。

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直接“托着”湯洪波往太陽翼的位置進行太陽翼的巡檢和維修,在機械臂和航天員的互相配合之下,圓滿完成了這次出艙任務。

不過自從大陸公布了機械臂技術之後,美國就表示十分“擔憂”。

大陸研究的太空機械臂,美國擔心什麼?

資訊來源:中國載人航天《機械臂,多項全能!》2021.8.5
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中國載人航天《機械臂,多項全能!》2021.8.5

讓美國擔憂的技術

當然除了可以幫助航天員完成任務,以及超級靈活的爬行方式,另外一個就是可以“捕獲飛行器”。

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比如大陸即将在後期發射“巡天”光學艙,這個光學艙是需要和中國空間站進行共軌飛行的,而且光學的主要作用是在太空外進行光學實驗,是以需要經常對“巡天”進行維護。

不僅是維護,由于光學倉的很多部件都是特殊設計的,是以會有很多需要“替換更新”操作,是以在需要對光學倉進行更新的時候,機械臂就可以把光學倉直接拉過來。

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不過畢竟是中國空間站的機械臂活動範圍有十幾米,抓取周圍的航天器也不會難,拉過來之後,光學艙就可以實作和空間站進行對接,對接完成後,航天員就對光學倉進行檢修、部件更新等操作。

不過這個操作,讓人不得不想起《太空部隊》電影裡的情節了,不過不太可能,但是實作起來不難,也就加個“剪子”就行了,但是美國也沒必要太擔心,因為不是所有國家的想法都和美國一樣。

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而美國之是以這麼想,就是因為美國搞過破壞,美國的星鍊衛星經常兩度“碰瓷”過中國空間站。

2021年12月3日,大陸就聯合國釋出了一則“太空通報”,通報了美國太空探索技術公司也就是SpaceX公司發射的星鍊,在2021曾經兩次接近過中國空間站,對中國空間站上的航天員構成嚴重生命威脅。

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這次威脅時間發生在當年7月1日和10月21日,要不是大陸空間站有緊急避碰的系統,進行了躲避,這美國的衛星真不知道能幹出什麼來!

雖然美國太空司令部司令詹姆斯·迪金森說過:“天基機械臂技術可能被用于未來的系統,抓獲其他衛星”。

而且還說中國試驗的機械臂技術引起美國對其軍事潛力的擔憂,自從中方展示這項技術以來,美國就一直擔心其衛星會遭到中國的“幹擾”。

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看起來美國是真的沒話說了,他們又不是沒有機械臂,雖然他們的機械臂用的都是加拿大的,那是不是也可以認為美國、加拿大因為有了機械臂技術,也會對中國衛星造成“幹擾”?。

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資訊來源:

環球網《美星鍊衛星被曝兩度“碰瓷”中國空間站!中方向聯合國秘書長通報》2021.12.17

艙外爬行、捕獲飛行器,美國科幻片中才有的太空臂,中國已經用上

環球網《美星鍊衛星被曝兩度“碰瓷”中國空間站!中方向聯合國秘書長通報》2021.12.17

結語

目前中國空間站機械臂的名額和性能也屬于國際先進水準,還在末端上還配置了腕部相機,通過操控相機,可以實時成像艙外的圖像。

同時也是航天員進行艙外活動的力量倍增器,而且外層空間是全世界人民的共同财富,探索宇宙是全人類共同的事業。

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資訊來源:

環球網《美星鍊衛星被曝兩度“碰瓷”中國空間站!中方向聯合國秘書長通報》2021.12.17

中國載人航天《機械臂,多項全能!》2021.8.5

中國青年網《空間站機械臂如何發揮“一臂之力”?一起來了解》2024.1.8

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