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一条机械臂，为什么让美国太空司令如此不安？在我国的“天宫”空间站上，还有什么更厉害的大家伙？“天舟二号”在“神舟12号”成功对接之后，将如何进行一项重要的试验？

我国“天宫”空间站假想图

内容提要：

中国“天宫”空间站的牛X机械臂；
“天舟二号”货运飞船二次交会对接流程；
转位机械臂结构及验证试验；
“天宫神臂”的重要作用；
我国的空间机械臂技术与欧美的差距

美国人担心什么？

最近，国内媒体报道，美国太空司令部司令，在向国会作证时，对中国的太空科技发展速度感到担忧，尤其提到一颗装备了机械臂的通信实验卫星。

《太空部队》娱乐图 “剪它！”

其实，在中国正在建设的“天宫”空间站上，还有一个更厉害的“天宫神臂”。当我第一次看到这个机械臂的介绍视频的时候，我真正明白了美国人在担心什么。因为中国人又有一项技术正在赶超美国！

“天宫”空间站上的机械臂

中国空间站上的“天宫神臂”到底是什么样的呢？

“天宫”空间站上其实是有一整套机械臂系统，并非单一机械臂，至少包含四个不同的组件：

天和核心舱机械臂；
问天号实验舱机械臂；
实验舱转位机械臂；
遍布多舱体的目标适配器。

“天和”核心舱机械臂位置图“问天”实验舱机械臂位置图

在我国“天宫”空间站上，总共有2个巨型机械臂，分别位于“天和”核心舱和“问天号”实验舱。另外，在核心舱的节点舱，还安装有转位机械臂。在各舱体外侧，还有多个“目标适配器”，用来实现机械臂的舱外爬行功能。关于“转位机械臂”是干什么用的，我们后面会详细介绍！

“天和”核心舱机械臂结构图

“天和”核心舱和“问天号”实验舱的两个巨型机械臂都是“七自由度”机械臂。所谓“七自由度”，就是具备7个独立运动的数目，或者也可以理解为有7个活动关节，位置精度可以达到45mm，综合性能达到世界领先水平。

从“神舟12号”看“天和”核心舱机械臂

在6月17日央视直播的“神舟12号”与“天和”核心舱对接的画面中，我们就能够明显得看到“天和”核心舱的这个巨型机械臂，不知道大家当时有没有注意到！

机械臂货物搬运

天和核心舱的这个机械臂长约10.2米，质量738公斤，承载能力25吨。在肩部有3个关节，可以执行俯仰、偏航、回转操作，两个臂杆肘部还有1个俯仰关节，机械臂末端还有另外3个关节，功能与肩部关节相同。

机械臂舱外爬行转移

这种“3-1-3”的关节布局，可以让机械臂方便两头互换。机械臂的两端各有一个末端执行器，可以通过与舱体上的目标适配器进行对接与分离，进而实现在舱体外进行爬行。

天和一号核心舱小柱段“目标适配器”（爬行功能）

天和一号核心舱大柱段“目标适配器”（爬行功能）

目标适配器中心部位有一个抓斗销，周围有三个倾斜杆，在与机械臂的末端执行器接触后，可以实现稳固的刚性连接。目标适配器四周还有电力、数据传输接口，可实现电力和视频信号传输。这样，机械臂通过遍布舱体表面的这些目标适配器，实现在舱体外爬行，从而做到与空间站外表面的全范围接触。

舱表状态检查

试验舱的机械臂，主要用于暴露平台的载荷照料，比如试验载荷的安装回收、更换维修，货物搬运，也可以用于航天员的舱外活动，以及舱外巡视、太阳翼收放等等。

机械臂级联

如果需要更长的机械臂，实验舱的机械臂还可以与核心舱的机械臂进行级联，变成加长版机械臂，是不是很厉害的样子！

“天舟二号”接下来的二次交会对接任务

天舟二号

5月29日"天舟二号"成功升空，并且与空间站对接成功。“天舟二号”主要执行的是货运和燃料补给任务。在“天舟二号”上可以携带160多件大大小小的货包，以及2吨推进剂。

你以为“天舟二号”首次对接之后，任务就结束了吗？其实并没有！ “天舟二号”还将在“神舟12号”将3名宇航员送入空间站以后，进行二次交会对接，从核心舱的后部转移到核心舱的前部。

二次对接前，飞船位置示意图

整个流程是这样的：

1）5月29日，“天舟二号”升空，并与“天和”核心舱的后部资源舱对接，向“天和”核心舱进行后向推进剂补给，静等“神舟12号”抵达。

2）6月17日上午，“神舟12号”顺利升空，并与“天和”核心舱前部的节点仓对接。6月17日下午6:48分，3名宇航员，聂海胜、刘伯明、汤洪波，进入“天和”核心舱。他们其中一个任务，是将之前对接的“天舟二号”携带的生活物资转移到“天和”核心舱的货物区。从对接后媒体公布的视频画面看，“天和”核心舱里已经堆积了不少包货物，也许这就是他们从“天舟二号”上面转移过来的部分物资！

二次对接前飞船位置示意图

3）接下来第三步，我们需要等待“神舟12号”与“天和”核心舱前部的节点舱分离。

“天舟二号”从后部绕飞至前部节点舱

4）之后，“天舟二号”与“天和”核心舱后部的资源舱分离，绕飞至“天和”核心舱前部的节点舱，（也就是之前“神舟12号”对接的位置），并与节点舱对接，向“天和”核心舱进行前向推进剂补给。

“天舟二号”转位试验，从前向转位至侧向

5）之后，“天舟二号”将进行“机械臂转位试验”，从“天和”节点舱的正向对接口，转移到侧向对接口。

转位机械臂及验证试验

“天舟二号”的“机械臂转位试验”将用到核心舱节点舱两侧的转位机械臂，就是我们前面提到过的另外一套机械臂系统。

为什么要进行“机械臂转位试验”呢？

转位机械臂进行实验舱转位

由于“问天号”和“梦天号”两个实验舱因姿态控制问题，无法直接与核心舱的侧面对接口对接，必须先与核心舱前向对接口对接，然后再通过“转位机械臂”操作，转位至侧向对接口。

转位机械臂结构图

转位机械臂，由基座和转臂两部分组成。基座在前向对接面左右两侧各一个，两个基座上各有一个锥形捕获机构，机械臂通过这个锥形捕获机构与基座连接。转位机械臂通过肩关节和腕关节进行转动，从而实现将实验舱从前向对接口，转移到侧向对接口。

转位机械臂锥形捕获机构

“天舟二号”的这个试验项目，就是用来验证“转位机械臂”的性能。假如转位机械臂测试失败也不用担心，依然可以使用前面提到的核心舱的主机械臂进行转位。核心舱的机械臂虽然控制精度不如“转位机械臂”，但是仍能满足对接要求。

主机械臂进行实验舱转位

这种“双保险”设计，将保证未来空间站的建设万无一失！

“天宫神臂”的重要意义

天宫空间站上的这些机械臂，除了我们前面提到的功能，比如载荷搬运、舱外巡视、辅助宇航员出舱、转移太阳翼等，还有一些非常重要的功能。

机械臂捕获悬停飞行器

比如，可以用这些机械臂抓住需要与空间站对接的航天器，然后辅助完成对接工作。

用机械臂辅助航天器对接

目前，我们的实验舱和神舟飞船都是具备自主交会对接功能的。将来，出于降低制造和发射成本的考虑，载人飞船和货运飞船可以移除自主交会对接功能，转而使用这些机械臂来帮助对接。

机械臂辅助宇航员出舱活动

另外，这些机械臂，还可以连接更灵活的机械手，在舱外执行一些更精细的舱外操作，代替宇航员执行舱外任务，从而减少宇航员的出舱工作负担。

与欧美机械臂技术的差距

那么，我国的“天宫神臂”与欧美国家的空间机械臂技术相比，有什么差距吗？

美国航天飞机机械臂

美国早在上世纪80年代，就已经在航天飞机上使用了机械臂技术，在相关技术领域有强大的技术积累。目前美国在国际空间站上使用的最先进的机械臂是“加拿大臂2型”，长度17.6米，承载能力116吨，比我国的长度10.2米、承载能力25吨要高出不少。

加拿大机械臂

不过，作为后起之秀，我国的航天科研工作者已经在高精度伺服控制、柔性动力学、目标识别与测量等核心技术方面取得了巨大突破。

而且与国际空间站上的机械臂相比，我国的机械臂在某些技术方面已经领先。比如全面爬行能力，在国际空间站上是做不到的。一方面是由于国际空间站各舱体，分别由各国制造，标准不同，美国的机械臂只能在美国的舱体上活动，实际活动能力非常有限。另外，美国的机械臂爬行到新节点以后，只能进行数据和视频信号传输，无法提供载荷的抓握能力，也就是说，只能看，不能动。相比我国的机械臂来说，功能要逊色不少！

月球土壤采样

可以预见，天宫空间站的这一整套机械臂系统，在空间站未来的建造过程中会发挥非常重要的作用。我国的月球和火星探测计划中，使用的土壤采样机械臂、空间机器人等，也会受益于这一技术的积累。

写在后面

嫦娥探月工程、天问号火星探索工程，还有未来地球人唯一的天宫空间站等等，这一项项航天工程取得的成绩，与你我每一个中国人的努力奋斗是分不开的！

东方红一号

如今，距离1970年4月24日，我国第一颗卫星“东方红一号”成功发射已经过去了半个多世纪，当年这第一颗卫星，与导弹、核弹一起，共同铸就了我们国家的核盾牌，保护我们免受外敌侵扰。

如今，新一代的航天人，用他们的勤劳智慧，不断取得的新成就，为我们中华民族的伟大复兴添砖加瓦！作为一个中国人，我感到非常自豪！

关于“天宫神臂”我们今天就聊到这里，还没有关注我的小伙伴，赶紧在右下角点一下关注。我的频道主要聚焦数码、通信，以及最新的潮流科技。精彩内容天天有，关注不迷路！希望能和大家成为朋友！离开之前记得点个赞！

轮到美国人忧心了：中国空间站的“天宫神臂”！天舟二号再次对接