中国空间站出舱利器大揭秘

中青报·中青网记者 邱晨辉 来源：中国青年报 （ 2021年07月13日 12 版）

北京时间7月4日14时57分，神舟十二号航天员乘组密切协同，圆满完成出舱活动期间全部既定任务，航天员刘伯明、汤洪波安全返回天和核心舱。整个出舱活动历时约7小时，牵动人心。

百变金刚“中国臂”究竟神奇在哪儿

当天8时11分，航天员刘伯明成功开启天和核心舱节点舱出舱舱门。截至11时02分，刘伯明、汤洪波已先后从天和核心舱节点舱成功出舱，并已完成在机械臂上安装脚限位器和舱外工作台等工作。

在此次出舱任务中，空间站核心舱机械臂首次托举刘伯明到指定位置圆满完成出舱操作，抬升天和核心舱舱外全景相机的位置，并验证了机械臂的大范围转移能力。

空间站核心舱机械臂是目前我国同类航天产品中复杂度最高、规模最大、控制精度最高的空间智能机械系统。这条被称作百变金刚的“中国臂”，自从上了天就备受关注。

中国航天科技集团五院空间站机械臂控制系统主任设计师梁常春说，核心舱机械臂展开长度为10.2米，最多能承载25吨的重量，是空间站任务中的“大力士”，其主要承担舱段转位、航天员出舱活动、舱外货物搬运、舱外状态检查、舱外大型设备维护等八大类在轨任务，为航天员出舱顺利开展出舱任务提供强有力的保证。

据他介绍，空间站核心舱机械臂是我国首个可长期在太空轨道运行的机械臂，其肩部设置了3个关节、肘部设置了1个关节、腕部设置了3个关节，一共7个关节，每个关节对应一个自由度，“就如同人的手臂一般，具有七自由度的活动能力”。

在这次出舱任务中，3名航天员都有明确分工。出舱的两名航天员，一人要为机械臂安装上臂支架，包括脚限位器、工作台等，随后借助机械臂进行移动。另一名航天员借助舱壁上安装的扶手，爬行一段距离到作业点进行辅助工作。

梁常春告诉记者，由于核心舱机械臂采用“肩3+肘1+腕3”的关节配置方案，肩部和腕部关节配置相同，意味着机械臂两端活动功能是一样的。

同时，机械臂的肩部与腕部各安装了一个末端执行器，作为机器臂的触手，末端执行器可以对接舱体表面安装的目标适配器，机械臂通过末端执行器与目标适配器对接与分离，同时配合各关节的联合运动，从而实现在舱体上的爬行转移。

梁常春说，为实现整个机械臂的平稳运行和精确定位，空间站机械臂各处装有“控制大脑”，包括1套机械臂中央控制器、7套关节控制器和两套末端控制器。

航天员出舱后靠啥与地面联系

进行出舱活动时，与地面建立高速及时的通信联系尤为重要，出舱活动不仅是对航天员的全方位考验，也是对空间站天和核心舱与地面测控站间通信能力的一大考验。

中国航天科技集团五院空间站系统副总设计师柏林厚表示，该院研制的第三代中继终端产品，通过与中继卫星天链一号和天链二号建立中继链路，实现中继通信，确保航天员与地面通信的实时畅通。这就好比在太空搭建了地面与中继卫星、中继卫星与航天员之间的“天路”。

值得一提的是，空间站中继终端与其他型号在设计上最大的区别在于，为了保证在轨使用的寿命，需要具备在轨可维修性。空间站中继终端采用集成化、模块化的设计思路，在保证传输信号质量的同时，方便航天员维修更换。

柏林厚表示，该院研制的出舱通信子系统，实现了舱内外航天员之间、舱内外航天员与地面人员之间以及舱外航天员之间的全双工语音通信，在航天员舱外活动范围内实现无线通信全覆盖。

与上一代出舱通信系统相比，最新的出舱通信子系统具有通信距离更远、通信速率更高、工作寿命更长等特点，同时由于采用了功率控制、抗多径等措施，具有更强的空间环境抗电磁干扰能力，并支持多名航天员同时出舱活动时的通话功能。

柏林厚表示，舱外图像传输子系统为舱外提供无线网络覆盖，通过出舱无线收发设备提供的“热点”进行图像传输，实现了航天员出舱活动进行实时显示、实时记录等功能以及为太阳翼绕行测量试验提供数据传输功能。

首次亮相的“出舱工具包”都有啥

为航天员执行出舱任务的“机械伙伴”——舱外维修与辅助工具也首次亮相。

此次刘伯明、汤洪波身着的新一代“飞天”舱外航天服为中国自主研制，航天服经改进后，能满足身高1.6米到1.8米的人穿着，还能根据航天员的体型进行调整，且穿脱方便快捷。

此外，柏林厚介绍，舱外维修与辅助工具由五院研制，可协助航天员有效克服在轨着航天服状态下手套充压后操作不便、航天员需单手操作难度大、在轨防飘要求高等难题，具备辅助航天员在轨着航天服状态下开展舱外行走、位姿转换、设备更换、产品安全防护等多项功能，是航天员执行舱外活动必不可少的工具。

他告诉记者，为了确保舱外维修与辅助工具的健康状态良好，满足首次出舱任务需求，在首次出舱之前，航天员已在舱内进行了维修工具的健康状态检查、使用状态设置等各项工作，确保满足出舱应用需求。

据他介绍，舱外维修与辅助工具不仅有用于舱外设备维修的舱外电动工具、舱外扳手、通用把手等工具，也有各种配合航天员舱外姿态稳定、转换的便携式脚限位器、舱外操作台等辅助工具。

作为空间站维修工具产品的“一号选手”，舱外电动工具是此次维修任务用到的唯一一个机电类工具，可以适应舱外复杂的真空和高低温环境，具有定力矩拧紧、拧松的工作模式，并且设置有休眠模式。

柏林厚介绍，舱外辅助维修工具包含便携式脚限位器、舱外操作台、两种便携式安全带及微型工作台。便携式脚限位器是此次维修任务中机构设计最为复杂的产品，共设计旋转、俯仰、滚转、偏航4个关节自由度，可协助航天员在舱外调整至执行任务的工作姿态。

神舟十二号航天员乘组自6月17日进驻天和核心舱以来，按计划开展了各项工作，目前3名航天员状态良好，后续在轨飞行期间还将进行一次出舱活动。

2021年07月13日 12 版