新華社北京7月4日電 題:核心艙機械臂 天地通信“天路”——多項技術突破為出艙活動保駕護航

新華社記者張泉、胡喆

7月4日,在北京航天飛行控制中心大屏拍攝的航天員在艙外工作場面。新華社記者 金立旺 攝

7月4日,經過約7小時的出艙活動,神舟十二號航天員乘組圓滿完成出艙活動期間全部既定任務,我國空間站階段航天員首次出艙活動取得圓滿成功。

記者從航天科技集團五院獲悉,我國在核心艙機械臂、艙外維修與輔助工具、天地通信系統等領域取得一系列技術突破,為出艙活動順利實施提供了有力保障。

核心艙機械臂提供有力支撐

此次出艙活動首次檢驗了航天員與機械臂協同工作的能力,雄偉有力的空間站核心艙機械臂格外引人注目。

空間站核心艙機械臂展開長度為10.2米,最多能承載25噸的重量,是空間站任務中的“大力士”。其肩部設置了3個關節、肘部設置了1個關節、腕部設置了3個關節,每個關節對應1個自由度,具有七自由度的活動能力。

通過各個關節的旋轉,空間站核心艙機械臂能夠實現自身前后左右任意角度與位置的抓取和操作,為航天員順利開展出艙任務提供強有力的保證。

這是空間站全景相機拍攝的地球畫面(7月4日攝于北京航天飛行控制中心)。新華社記者 金立旺 攝

除支持航天員出艙活動外,空間站核心艙機械臂還承擔艙段轉位、艙外貨物搬運、艙外狀態檢查、艙外大型設備維護等在軌任務,是目前同類航天產品中復雜度最高、規模最大、控制精度最高的空間智能機械系統。

為擴大任務觸及范圍,空間站核心艙機械臂還具備“爬行”功能。由于核心艙機械臂采用了“肩3+肘1+腕3”的關節配置方案,肩部和腕部關節配置相同,意味著機械臂兩端活動功能是一樣的。機械臂通過末端執行器與目標適配器對接與分離,同時配合各關節的聯合運動,從而實現在艙體上的爬行轉移。

據悉,航天科技集團五院在抓總研制過程中,在關鍵技術、原材料選用、制造工藝、適應空間站環境的長壽命設計等方面均取得創新突破,全部核心部件實現國產化。

“機械伙伴”協助克服艙外作業困難

航天服手套充壓后操作不便、單手操作難度大、在軌防飄要求高……開展艙外作業,航天員面臨諸多挑戰。作為航天員執行出艙任務的“機械伙伴”,艙外維修與輔助工具可以協助航天員有效克服這些困難。

艙外維修與輔助工具不僅有用于艙外設備維修的艙外電動工具、艙外扳手、通用把手等工具,也有配合航天員艙外姿態穩定及轉換的便攜式腳限位器、艙外操作臺等輔助工具。

——艙外電動工具可以適應艙外復雜的真空和高低溫環境,具有定力矩擰緊、擰松的工作模式,并且設置有休眠模式。

——艙外通用把手可以安裝到維修設備上,用于航天員在軌維修時進行待維修設備的轉移及防漂。

——便攜式腳限位器設計了旋轉、俯仰、滾轉、偏航四個關節自由度,可協助航天員在艙外調整至執行任務的工作姿態;與之配合使用緊密的艙外操作臺,可協助航天員進行維修任務時掛放設備和維修工具,解放航天員雙手,實現設備或維修工具的臨時存放。

——與航天服直接相連的微型工作臺,則像一根多功能腰帶一樣環繞在航天服腰部,將航天員出艙使用的艙外電動工具、艙外通用把手和艙外扳手隨身攜帶,確保航天員隨用隨取。

此次航天員出艙任務的成功實施,充分驗證了艙外維修與輔助工具在軌應用的可靠性,后續將配合航天員完成更多在軌出艙任務,是我國空間站長期在軌運行的有力保障。

7月4日,在北京航天飛行控制中心大屏拍攝的航天員劉伯明出艙場面。新華社記者 金立旺 攝

通信“天路”確保天地通信暢通

開展出艙活動,需要天地間大力協同、艙內外密切配合,與地面建立高速及時的通信聯系至關重要。

航天科技集團五院研制的第三代中繼終端產品,通過與中繼衛星天鏈一號和天鏈二號建立中繼鏈路,實現中繼通信,確保航天員與地面通信的實時暢通,好比在太空中搭建了地面與中繼衛星、中繼衛星與航天員之間的“天路”。

與此同時,航天科技集團五院研制的出艙通信子系統可實現艙內外航天員之間、艙內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音通信,在航天員艙外活動范圍內實現無線通信全覆蓋。

與上一代系統相比,該產品具有通信距離更遠、通信速率更高、工作壽命更長等特點,同時具有更強的空間環境抗電磁干擾能力,并支持多名航天員同時出艙活動時的通話功能。

此外,艙外圖像傳輸子系統為艙外提供無線網絡覆蓋,通過出艙無線收發設備提供的“熱點”進行圖像傳輸,實現了對航天員出艙活動進行實時顯示、實時記錄等功能。