中国空间站机械臂,舱外爬行、捕获飞行器，堪比＂变形金刚＂ 空间机械臂的建成能否谱写我国神话，空间站技术真会走上世界的前沿？所谓的技术呃脖子将不复存在，大家好，我是云飞，关注我进入今天的主题。 人类的航天之梦 从古至今人类一直有个飞天梦。上个世纪六十年代，加加林作为第一位成功抵达太空的宇航员，让人们看到了离开地球的可能性。时至今日飞往太空的梦想实现之后，能否长期在太空居住，又成为了一项新的挑战。载人飞船取得成功后，前苏联在20世纪70年代，适时调整其载人活动重点，把载人轨道站作为前苏联，载人航天活动的目标。因为空间站是一种能在轨道上长期运行，具有一定科学技术试验能力，和生产能力的有人居住航天器。所以如今许多国家正在对这一领域，投入更多精力去研究高精尖技术。 我国在载人航天这一领域后来居上，从2003年第一次将宇航员杨利伟送入太空，到2021年实现天和核心舱，与飞船自主对接，中国的天宫空间站正在逐步建成。在建设空间站的过程中，我们不可能让宇航员完全手动操作，为了更加便捷地去控制对接，我国启用了全新的装置。那么这个装置会是什么呢？关注云飞咱们接着往下看。 什么是空间机械臂 从工业革命开始，现代科技树被点亮，离不开机器的使用。如今我们研究制造的机器，不仅作用在地球上，还跟着空间站一起在天上运转。被应用在空间站中的这款智能机器人，它就是空间机械臂。在危险的宇宙中，宇航员有许多方面还无法亲身上阵。这个时候就需要堪比变形金刚的机械臂出场了。空间机械臂可以分为舱内机械臂，和舱外机械臂两种。舱内机械臂通常用在载人航天任务上，帮助航天员完成舱内组装，试验照料或者技术验证等等。舱外机械臂主要用于，航天器的在轨组装维修，和支持航天员舱外活动的任务。毫不夸张地说，空间机械臂就是宇航员们，在太空中的另外一双手，虽然没有手指的形状，却能完成各种任务。它有时就像一条灵活的胳膊，能够扶持宇航员完成太空行走。 有时又像一双眼睛，通过上面的摄像机，来检查飞行器是否存在破损，方便展开维修。空间机械臂存在一些关键技术。首先就是任务规划技术。空间机械臂需要根据自身条件，来制定合适的飞行方案。比如加拿大机械臂2完成了，对许多国际货运飞船的捕捉任务。在它捕获美国龙飞船时，需要做的任务规划，有悬停位置和速度，机械臂的跟踪控制，制动能力与飞行器控制能力，匹配性方案设计与仿真分析。其次是系统控制技术。对于空间机械臂来说，它的精细位置控制，力的控制等内容都是非常重要的。空间机械臂仿佛人的肌肉和骨骼，只有经过神经的控制，才能做出精密的动作。其三是路径规划技术。我们在生活中可能会用到纸质地图，当然现在大部分人，肯定用的是电子导航系统。有卫星定位还可以自主规划路线。 在太空中空间机械臂也需要这套系统。它必须考虑周围的环境，会不会发生碰撞，只有这样才能避免出现一些交通事故。其四是视觉感知技术。这个靠安装在末端的手眼相机来实现。拍下来的图像会交给航天员进行分析，判断是否进行下一步操作。其五是末端执行器技术。关于空间机械臂的手爪，一般有仿人型手爪和专用型手爪两种。应用得比较多的是后者。其六是遥控操作技术。远距离操作既可以是宇航员的操作，也可以是地面专家进行控制。通过这种方式能够帮助宇航员们减轻负担，让任务完成得更加顺利。最后一个是地面试验验证技术。在地面上对于机械臂进行一定的测试，确保它在太空中的安全性和准确性。不过现在已经有了更好的方式，例如用计算机进行模拟实验，可以使结果更加可靠。 机械臂的研制进度 世界上第一个空间机械臂是1981年，哥伦比亚号航天飞机装载运往太空的，我们一般称它为航天飞机遥控机械臂系统，或着是加拿大机械臂一。这是人类最早应用在空间站的机械臂。此后国际空间站更新换代，新一代空间机械臂由奋进号航天飞机，和STS100机组人员送入轨道。2001年加拿大将57.7英尺长的，加拿大2号送入太空，正是因为这份功劳，加拿大航天局得以获得，国际空间站3%的使用权。除了加拿大外，目前世界上已经有空间机械臂的国家，包括欧洲航天局德国日本以及中国。1993年在德国宇航中心，研制并成功发射了小型空间机器人系统。 它有6个自由度，配备各类传感器和执行器，能够在1米运动范围内进行指定的操作。对于欧洲航天局来说，在国际空间站的俄罗斯舱和日本舱，装配了两个大型空间舱外机器人系统，欧洲航天局资助研制的，机械臂长11米7个自由度，比日本实验舱机械手系统长一点，日本于1997年发射的工程试验卫星2V，是国际上第一个自由飞行空间机器人系统，其机械臂长2米有6个自由度，配有摄像机以及辅助工具，末端装有三指灵巧机器手系统，整个机器人系统重约45公斤。而中国天和空间站机械臂，对于我国航空事业具有划时代的意义。它是可以和国际空间站加拿大2号，媲美的七自由度机械臂。 中国空间机械臂的创新之处 天和号空间站这条机械臂，是由航天科技集团四院44研究所自主研制的，一款七自由度机械臂，它有肩部三个关节、肘部一关节，腕部三个关节组成。所谓七自由度就是说它能像人的手臂一样，具有七自由度的活动能力，通过旋转结构能在前后左右，任何角度和部位抓取物体，能真实模拟人手的灵活转动。这条机械臂大约10米长，能够抓取25吨重的航天器，也可以将物体运送至，空间站外部的任何一个地方。不知道大家有没有观察过，一种自然界的生物，它叫做尺蠖（hú ）是一种飞蛾的幼虫。我国空间机械臂就是模仿，这种动物的爬行动作来设计的。尺蠖（hú ）会先把自己身体伸长，然后弓起身子，把前部固定住，挪动后半部分。凭借这一技能，它可以爬得很快。 而在我们的空间站机械臂身上，它的运动是从一个适配器到另外一个适配器，就像在太空中走梅花桩。适配器如同一个插头，机械臂在行进过程中，需要不断摆动自己的双腿来走。所以这个机械臂具有舱外行走能力，能够将自己送到航天舱外指定的地点。同时我国机械臂还有一套视觉监视系统，在整条手臂上有着三台视觉相机。它们能够对舱外进行监视，对舱表的样子做出初步检查。就像我们疫情期间去公共场所，为了更好的找出病例，大部分地区都有红外线测温装置，这可以帮助我们快速发现异常情况。这里的视觉相机也有同样的功能。有人说当你足够优秀时，其他人就只能仰望你。套用在我们自主研制的，空间机械臂上也同样适用。美国面对中国的机械臂，感觉到了空前的危机。因为加拿大臂2还在服役中，甚至有可能面临零件老化的风险，然而中国却已经迎头赶上，这对他们是个不小的心理威慑。根据计划我国空间站，将在2022年完成在轨建造，具备长期开展近地空间有人参与科学实验。 技术试验和综合开发，利用太空资源的能力，然后再转入到应用与发展阶段。据悉天和核心舱的成功发射，标志着我国空间站建设，已经进入到全面实施阶段。这对于我国探索太空将是新的一步。此前以美国为首的11个国家，在组建国际空间站时，美国明确拒绝了我国希望加入的请求。于是我国开始自行研发本国空间站，天和号空间站建成后，可以容纳三名航天员在上面进行各种太空探索。这次空间机械臂就是我国，在空间站领域做出的一个重大突破。关于我国空间机械臂的内容到这里结束了，朋友们对于我国目前的空间站技术，你们是一个什么样的看法呢，欢迎留言我们一起讨论，长按点赞支持，喜欢云飞的文章就关注云飞，下期会带来更精彩的内容，我们下期见。