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【中国🇨🇳空间站·机械臂方案设计及验证】#航天##科技##微博公开课#

国外在20世纪70年代就开始研究空间机械臂技术，美国、加拿大、日本、欧洲在空间机械臂技术领域起步较早。近50年来，加拿大、日本、欧洲已先后研制出了多个空间机械臂,最具代表性的是安装在美国航天飞机上的“加拿大I臂”(SRMS, 1981 年11月发射入轨)，应用在“国际空间站”上的“加拿大I臂”(SSRMS, 2001年4月发射入轨)、“日本臂”(JEMRMS, 2008年6月发射入轨)及“欧洲臂”(ERA, 2021年7月发射入轨)。

除“欧洲臂”由于发射后出现故障尚未执行任务外,其他空间机械臂已在轨完成了多次大型舱段捕获、支持航天员出舱活动、舱外设备安装及维修等任务，为“国际空间站”组装建造与长期在轨运营提供了重要保障。

2021年4月29日，我国空间站“天和”核心舱机械臂随“天和”核心舱发射成功，并先后完成了机械臂在轨测试、爬行、舱外状态巡检、支持航天员出舱活动、转位货船及大小臂组合与协同操作等任务。它是我国首个在轨应用的空间大型机械臂，标志着我国面向宇航工程研制的大型空间机械臂系统取得圆满成功，我国也因此成为继加拿大、日本、欧洲之后国际上少数几个独立掌握空间大型机械臂核心技术及研制能力的国家。

2022年7月，空间站“问天”实验舱机械臂随“问天”实验舱发射成功；
2022年11月，“天和”核心舱机械臂与“问天”实验舱机械臂完成在轨组合测试，并圆满完成了第一-次利用组合臂支持航天员乘组的出舱活动任务。

从技术与应用发展角度来看,空间机械臂未来将向多形态、自主性、智能化，以及多臂操作、人机协同、机器人航天员等方向发展。

结合我国空间站组装建造和运营阶段的任务需求及未来扩展需求，在空间站上共配置了大小两个机械臂，即“天和”核心舱机械臂(大臂)和“问天”实验舱机械臂(小臂)，两个机械臂既可以独立工作又可以在轨组合使用。

相较于“国际空间站”主要采用单一机械臂进行在轨操作的设计，我国的方案具有更大的任务灵活性。“天和”核心舱机械臂操作半径较大(全长10.37m)且负载能力强(最大负载25t)，主要完成大尺寸或大质量负载搬运、大范围转移、舱段转位对接等类型任务；“问天”实验舱机械臂小巧( 全长5.69m、最大负载3t)，主要完成精细操作类型任务。两个机械臂均具有在单舱或跨舱爬行功能，又能通过级联方式形成组合臂(全长超过15m、最大负载3t)，进行更大操作范围内的精巧操作任务。机械臂末端预留机电热等扩展接口,可进一步扩展机械臂操作能力。

空间站机械臂系统由“天和”核心舱机械臂(大臂)、“问天”实验舱机械臂(小臂)、机械臂在轨操作台(安装在核心舱舱内)及大、小臂目标适配器、双臂组合转接件、对接相机、视觉标记等组成。两个机械臂除全长、负载能力、精度等指标有较大差异之外，在方案设计如系统功能、配置、构型、自由度数量等方面基本一致。
空间站“天和”核心舱机械臂、“问天”实验舱机械臂分别于2021年4月29日、2022年7月24日在文昌航天发射场随“天和”核心舱、“问天”实验舱发射入轨,相继成功完成了机械臂在轨解锁展开、在轨基本功能与性能测试、爬行与组合臂测试等,圆满完成了机械臂舱外巡检任务及“天和”核心舱机械臂转位“天舟”三号货船试验任务,并分别支持“神舟”十二号、十三号及十四号乘组先后出色完成了7次航天员出舱活动任务( 包括4次“天和”核心舱机械臂、2次“问天”实验舱机械臂与1次组合臂)。
经在轨测试与验证，空间站机械臂系统各项功能正常，“天和”核心舱机械臂、“问天” 实验舱机械臂运动精准，运行平稳，各项性能指标满足任务要求，其中，空间站机械臂的精度、速度和质量等关键指标处于国际领先水平，特别是“天和”核心舱机械臂比刚度(反映机械臂的系统集成设计水平)指标与“问天”实验舱机械臂的精度指标尤为突出，达到国际领先水平。