出艙活動(dòng)圓滿成功！來(lái)認(rèn)識(shí)一下航天員的艙外“好幫手”

付毅飛

據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室消息，7月4日14時(shí)57分，經(jīng)過(guò)約7小時(shí)的出艙活動(dòng)，神舟十二號(hào)航天員乘組密切協(xié)同，圓滿完成出艙活動(dòng)期間全部既定任務(wù)，航天員劉伯明、湯洪波安全返回天和核心艙，標(biāo)志著我國(guó)空間站階段航天員首次出艙活動(dòng)取得圓滿成功。這是繼2008年神舟七號(hào)載人飛行任務(wù)后，中國(guó)航天員再次實(shí)施的空間出艙活動(dòng)，也是空間站階段中國(guó)航天員的首次空間出艙活動(dòng)。

此次出艙活動(dòng)，天地間大力協(xié)同、艙內(nèi)外密切配合，圓滿完成了艙外活動(dòng)相關(guān)設(shè)備組裝、全景相機(jī)抬升等任務(wù)，首次檢驗(yàn)了我國(guó)新一代艙外航天服的功能性能，首次檢驗(yàn)了航天員與機(jī)械臂協(xié)同工作的能力及出艙活動(dòng)相關(guān)支持設(shè)備的可靠性與安全性，為空間站后續(xù)出艙活動(dòng)的順利實(shí)施奠定了重要基礎(chǔ)。

當(dāng)然，要完成艙外活動(dòng)各項(xiàng)任務(wù)，離不開(kāi)高科技裝備的支持，讓我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下航天員的艙外“好幫手”。

機(jī)械臂大展身手

此次出艙活動(dòng)中，核心艙機(jī)械臂首次托舉航天員到指定位置圓滿完成出艙操作，抬升天和核心艙艙外全景相機(jī)的位置，其大范圍轉(zhuǎn)移能力也得到了驗(yàn)證。

核心艙機(jī)械臂展開(kāi)長(zhǎng)度為10.2米，最多能承載25噸的重量，是空間站任務(wù)中的“大力士”。該機(jī)械臂由中國(guó)航天科技集團(tuán)五院（以下簡(jiǎn)稱五院）抓總研制，是目前同類航天產(chǎn)品中復(fù)雜度最高、規(guī)模最大、控制精度最高的空間智能機(jī)械系統(tǒng)，主要承擔(dān)艙段轉(zhuǎn)位、航天員出艙活動(dòng)、艙外貨物搬運(yùn)、艙外狀態(tài)檢查、艙外大型設(shè)備維護(hù)等8大類在軌任務(wù)。

筆者從五院了解到，核心艙機(jī)械臂是我國(guó)首個(gè)可長(zhǎng)期在太空軌道運(yùn)行的機(jī)械臂，其肩部設(shè)置了3個(gè)關(guān)節(jié)、肘部設(shè)置了1個(gè)關(guān)節(jié)、腕部設(shè)置了3個(gè)關(guān)節(jié)，一共7個(gè)關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)1個(gè)自由度，具有七自由度的活動(dòng)能力。通過(guò)各個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)前后左右任意角度與位置的抓取和操作，為航天員出艙順利開(kāi)展任務(wù)提供強(qiáng)有力的保證。

為擴(kuò)大任務(wù)觸及范圍，該機(jī)械臂還具備“爬行”功能。其采用“肩3+肘1+腕3”的關(guān)節(jié)配置方案，肩部和腕部關(guān)節(jié)配置相同，意味著機(jī)械臂兩端活動(dòng)功能相同;肩部與腕部各裝有一個(gè)末端執(zhí)行器，可以對(duì)接艙體表面安裝的目標(biāo)適配器，機(jī)械臂通過(guò)末端執(zhí)行器與目標(biāo)適配器對(duì)接與分離，同時(shí)配合各關(guān)節(jié)的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在艙體上的爬行轉(zhuǎn)移。

艙外維修與輔助工具首次亮相

作為航天員執(zhí)行出艙任務(wù)的“機(jī)械伙伴”，由五院研制的艙外維修與輔助工具，可協(xié)助航天員有效克服航天服手套充壓后操作不便、高難度單手操作、在軌防漂要求高等難題，具備輔助航天員在軌著航天服狀態(tài)下開(kāi)展艙外行走、位姿轉(zhuǎn)換、設(shè)備更換、產(chǎn)品安全防護(hù)等多項(xiàng)功能，是執(zhí)行艙外活動(dòng)必不可少的工具，其包括用于艙外設(shè)備維修的艙外電動(dòng)工具、艙外扳手、通用把手等。

艙外電動(dòng)工具是此次維修任務(wù)用到的唯一機(jī)電類工具，它可以適應(yīng)艙外復(fù)雜的真空和高低溫環(huán)境，具有定力矩?cái)Q緊、擰松的工作模式，并且設(shè)置有休眠模式。

艙外通用把手可以安裝到維修設(shè)備上，用于航天員在軌維修時(shí)進(jìn)行待維修設(shè)備的轉(zhuǎn)移及防漂，通過(guò)與設(shè)備端的通用把手底座配合，實(shí)現(xiàn)航天員單手完成對(duì)設(shè)備的快速鎖定、解鎖。

艙外輔助維修工具還包含便攜式腳限位器、2種便攜式安全帶、艙外操作臺(tái)及微型工作臺(tái)等輔助工具。便攜式腳限位器是此次維修任務(wù)中機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)最為復(fù)雜的產(chǎn)品，共設(shè)計(jì)有旋轉(zhuǎn)、俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航4個(gè)關(guān)節(jié)自由度，可協(xié)助航天員在艙外調(diào)整至執(zhí)行任務(wù)的工作姿態(tài);與之配合使用緊密的艙外操作臺(tái)，可協(xié)助航天員進(jìn)行維修任務(wù)時(shí)掛放設(shè)備和維修工具，解放航天員雙手，實(shí)現(xiàn)設(shè)備或維修工具的臨時(shí)存放。便攜式安全帶可協(xié)助航天員實(shí)現(xiàn)艙外作業(yè)位置設(shè)備及維修工具的防漂。與航天服直接相連的微型工作臺(tái)，則像一根多功能腰帶一樣環(huán)繞在航天服腰部，將航天員出艙使用的艙外電動(dòng)工具、艙外通用把手和艙外扳手隨身攜帶，確保航天員隨用隨取。

信號(hào)全覆蓋，除了通話還能“直播”

航天員進(jìn)行出艙活動(dòng)時(shí)，與地面建立高速、及時(shí)的通信聯(lián)系極為重要。出艙活動(dòng)不僅是對(duì)航天員的全方位考驗(yàn)，也是對(duì)天和核心艙與地面測(cè)控站之間通信能力的一大考驗(yàn)。

五院研制的出艙通信子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了艙內(nèi)外航天員之間、艙內(nèi)外航天員與地面人員之間，以及艙外航天員之間的全雙工語(yǔ)音通信，在航天員艙外活動(dòng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信全覆蓋。與上一代出艙通信系統(tǒng)相比，該產(chǎn)品具有通信距離更遠(yuǎn)、通信速率更高、工作壽命更長(zhǎng)等特點(diǎn)，同時(shí)由于采用了功率控制、抗多徑等措施，該產(chǎn)品具有更強(qiáng)的空間環(huán)境抗電磁干擾能力，并支持多名航天員同時(shí)出艙活動(dòng)時(shí)的通話功能。

艙外圖像傳輸子系統(tǒng)為艙外提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通過(guò)出艙無(wú)線收發(fā)設(shè)備提供的“熱點(diǎn)”進(jìn)行圖像傳輸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航天員出艙活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)記錄等功能，以及為太陽(yáng)翼繞行測(cè)量試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)傳輸功能。

同時(shí)，第三代中繼終端產(chǎn)品通過(guò)與天鏈一號(hào)、天鏈二號(hào)中繼衛(wèi)星建立中繼鏈路，實(shí)現(xiàn)中繼通信，確保航天員與地面通信的實(shí)時(shí)暢通。這就好比在太空中搭建了地面與中繼衛(wèi)星、中繼衛(wèi)星與航天員之間的“天路”。

空間站中繼終端與其他型號(hào)在設(shè)計(jì)上最大的區(qū)別在于，為了保證在軌使用的長(zhǎng)壽命，需要具備在軌可維修性。空間站中繼終端采用了集成化、模塊化的設(shè)計(jì)思路，在保證傳輸信號(hào)質(zhì)量的同時(shí)，方便航天員維修更換。

神舟十二號(hào)航天員乘組自6月17日進(jìn)駐天和核心艙以來(lái)，按計(jì)劃開(kāi)展了各項(xiàng)工作，目前3名航天員狀態(tài)良好，后續(xù)在軌飛行期間還將進(jìn)行一次出艙活動(dòng)。