9月17日下午,我国航天员陈冬、蔡旭哲成功进行一次4小时12分的舱外行走,这是继9月1日之后,神舟十四乘组的第二回舱外活动,同时也是我国迄今为止间隔时间最短、“天宫”空间站出舱时间最短的一次太空行走,为即将到来的“问天”转体动作和“梦天”实验舱做好了准备。

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神舟十四乘组第二次出舱

而在此次出舱之外,我国空间站还干了一件大事,即首次实现天和机械臂与问天机械臂“双臂对接”,取得成功。大家都知道,我国空间站舱外已有2个机械臂,它们是“天和”核心舱外面长10米的“大臂”,以及“问天”实验舱外面长5米的“小臂”,之前一直说它们可以对接起来,组合成一条长15米的机械臂,现在终于梦想成真了。

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2个机械臂同框

这才是我们真正独创的技术,之前许多媒体说我国空间站机械臂可以七自由度爬行,其实,国际空间站的加拿大2号机械臂,以及俄罗斯科学号实验舱外的欧洲机械臂,同样也可以做到七自由度爬行,但它们无法对接,我们为太空机械臂实现了新的突破。

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我国太空机械臂

而两个机械臂的对接,主要依靠事先定制的“转接件”,将电能、数据统一管理,连接机构各司其职。至于它们“合体”之后,也不是乱动的,而是遵循分时分段的操作方案,即大臂先运动之后,小臂再运动,尽量减少更长的力矩对空间站飞行姿态的影响。

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看到这里,可能有人会问,为啥要费这么多心思,让两个机械臂合二为一呢?首先,“合体”后的机械臂更长,达到15米,可以照顾到的范围就更大了,咱们买个自拍杆,更长一点,有时候出片效果可能更好一些,不是吗?

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其次,大小机械臂各有自己的优势,“合体”之后,小臂可以利用大臂的大范围转移优势,大臂又可利用小臂的高精度控制优势,进而实现了强强联合、优势互补!10米长的大臂转移范围大,力量强壮,最大载荷达到25吨,而5米长的小臂虽然最大载荷只有3吨,但它的优势是能够对实验舱外面暴露平台上的“小方块”进行精细操作,比如移动一下“小方块”、翻个身、取个样等等,类似日本“希望”号实验舱外的机械臂,但日本“希望”号机械臂是固定不动的,而我们的小臂是可以七自由度爬行的,技术水平更高。

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实际上,未来的机械臂还要实现更加精细的操作,以便实现空间站的无人化值守。目前国际空间站在这一领域仍走在我们前面,因为它除了加拿大2号机械臂之外,还有一个“加拿大手”,也叫灵巧机械手Dextre,能够进行毫米级的精细操作,比如拧螺丝,还可以进行推进剂在轨加注以及卫星在轨维修。

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这个灵巧机械手可能很多人没注意到

比如在2013年的1月14日,位于休斯顿约翰逊太空飞行中心和加拿大航天局的地面控制人员,就启动了国际空间站上的灵巧机械手即Dextre,剪断一根盖线,并将盖板移走,随后的四天内,还进行了其他的精细操作,灵巧机械手在一定程度上,可以取代部分出舱活动,减轻航天员的压力。

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它的动作很精细,可以宁螺丝

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真要剪翅膀,要用灵巧机械手

实际上,在美国正在地面建造的下一代月球门户空间站,计划安装的加拿大3号机械臂,已经毫米级精细操作能力作为标配。因为月球轨道已经脱离了地球磁场的保护范围,宇宙辐射较强,航天员无法在那里长期驻扎,只能用精细化的太空机械臂,对空间站进行无人化的维护和值守,而这一点决定了我们也应尽早开展灵巧机械手和灵巧机械臂的研究,做到未雨绸缪。

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月球门户空间站上计划配备的加拿大3号机械臂