中国空间站的机械臂有多强?美国真的害怕它还是阴谋论?

6月7日,中国神舟十二号载人飞船成功发射,三名航天员进入中国空间站,成了我们太空三室一厅的第一批住客,航天员进入空间站后,网络热议的话题不断,但如果要问中国天空空间站上最吸睛的装置是什么呢?

那一定是机械臂

甚至早在上个月就有媒体称,美国对此表示过担心,认为我国的某种卫星可以搭配机械臂,从而对其他卫星进行破坏。

虽然说美国对中国的设备向来都处于担心状态,但这次的机械臂可谓是来势汹汹,用专业术语来说,中国空间站核心舱上这根机械臂,是我国目前智能程度最高、难度最大、系统最复杂的空间智能制造系统。

我们今天要说的,就是中国空间站的机械臂到底有多牛?

首先,我们得聊聊什么是空间机械臂,空间机械臂本身就是一个智能机器人,具备精确操作能力和视觉识别能力,既具有自主分析能力也可由航天员进行遥控,是集机械、视觉、动力学、电子和控制等学科为一体的高端航天装备。

中国载人航天工程总设计师周建平也介绍称,机械臂的作用在于空间站组装建造、维护维修 辅助航天员出舱活动等任务,是中国空间站在轨建造能力水平的重要标志。

天和核心舱作为空间站组合体的中枢系统,由生活控制舱、资源舱、节点舱三个分布构成。在太空为宇航员和科学家提供居住和科研环境,拥有众多强大的功能,而能力堪比变形金刚的空间站机械臂,更让核心舱如虎添翼。

根据中国电科21所的介绍,天空及基本在灵活性方面机械臂拥有7处关节,是我国首个具有七个自由度的机械臂,做到了对人类手臂的最大还原,因此灵活性极高,可以在太空抓取物体,方便设备的对接、安装、变轨和分离等。

机械臂的总重为739千克,最大承载能力达到了25吨。

这是什么概念呢

一头成年亚洲象的体重最高可以达到5吨,这个机械臂的承载能力相当于5头成年亚洲象。除此之外,机械臂工作时最长长度可达18米左右,展开长度为10.2米,将来还可以与太空舱的机械臂拼接成长度15米的组合机械臂。

此外,机械臂两端各有一个末端执行器,可以理解为人的手。

天空机械臂到底牛在哪儿了?

这里有一个很关键的东西,七个自由度,理论上,三维空间的刚体需要三维坐标xyz加上三个旋转角度共6个自由度,而7个自由度相当于多了一个冗余自由度,让机械臂可以以更灵活的姿势到达某个点位。

打个比方,同样是拧钥匙,6个自由度的机械臂在空间中,就无法在保持肩膀和拿钥匙的手不动的情况下,从一个构型变换到另一个构型,而7个自由度的就可以。那些自动化工厂里的机械臂,焊不同点的时候要大动作地扭来扭去,不是为了酷,就是因为自由度不够。

核心舱机械臂能通过末端执行器与目标适配器之间的对接与分离,类似于木工厂用的榫卯结构,可实现舱体爬行功能,以一种类似蠕虫的运动方式,移动到空间站的许多部分,进而在更多范围触达空间站各舱体外表面。

这个设计可以说是脑洞大开,只需在空间站各个舱室表面,安装上几个适配器就能让机械臂随意到达任何位置,加上机械臂自身的长度足足有十米,而且弯曲转向非常灵活,舱体外的爬行功能范围大大增加。

这一项技术别人可没有,我们独此一份。

因为目前在轨运行的国际空间站虽然有多个机械臂,可都是固定的。

第二个亮点是配合完成实验舱转位,按照预定计划,天宫空间站的两个试验舱将会于2022年5月份到9月份之间发射升空,空间站成型后,两个实验舱和核心舱呈现出T字形,而这个形状并不是一次性形成的。

因为想要在太空轨道上进行垂直对接,难度和风险都太大,因此实验舱只能像载人飞船对接那样,从空间站运行方向对接,之后再由机械臂把实验舱给挪到侧面的对接口上去。

第三项功能,辅助航天员出舱活动。

这次神舟12号任务中,航天员需要完成两次出舱任务,并且每次出舱时间都在6个小时以上,这就需要机械臂配合完成舱外设备安装、维修维护等任务。

第四个技能,监视和捕获来访飞行器

机械臂一端携带的视觉相机系统会对来访飞行器进行注视,获得精细的运行数据,之后当飞行器与空间站的距离达到机械臂捕获范围内,就可以通过对接飞行器上的适配器,牢牢将其抓住了。

机械臂除了在使用方面科技感满满之外,在用电方面还相当低耗能,这次天和核心舱使用的是大功率LT-100型霍尔电推系统,它是一种不依赖化学燃烧就能产生推力的设备。

由于不需要使用固体或液体燃料,所以它减少了航天器对燃料的需求,也就大幅减轻了航天器的重量,毫不夸张地说,燃料消耗比国际空间站低一个数量级,电池方面,使用的是目前世界上最先进的三结砷化镓太阳能电池翼

它的光电转换效率高达50%以上,而传统的晶硅电池通常只有20%左右。

此外,它还具有很好的耐温性,250℃高温也能正常工作,那机械臂真的像美国说的那样,能剪断卫星太阳能板吗?

其实答案已经很明确了

美国的这番言论,依旧是沿袭了美国媒体、军方一贯使用的中国太空威胁论调,就在美国指责中国等国家制造太空威胁的同时,自己却在积极打造太空武器,研究太空作战。但既然美国提出了这个想法,我们就来了解一下机械臂真的能破坏其他卫星吗?

这里我们要清楚一个知识,那就是地球周围的航天器并不是静止状态,而是绕着地球高速运行,处在不同轨道内的卫星或者太空垃圾都存在速度上的差异。一旦掌控不好就容易发生碰撞,那机械臂要想抓取或者破坏卫星。

由于距离上的限制,在太空中必须距离非常近,而接触如果速度没有掌握好,那就不亚于你站在站台上抓取高速驶过的列车上的物体。

除此之外,不同国家的卫星都有自己的运行轨迹,并且距离相当远,如果真的要消耗这么大的能量进行捕获和销毁的动作,未免有点太浪费时间和金钱了。

所以说,美国的担心实在是无稽之谈,回望浩瀚无垠的太空,中国人注视了太久太久,现在世界上能工作的有两个空间站,一个是国际空间站,另一个就是中国空间站。

国际空间站始建于1998年,是以美国为主导,16个国家联合参与。

那时候,中国曾申请加入国际空间站,但被美国拒之门外。

不仅如此,还全面封锁了航天技术。

1998年,美国出台ITAR禁运条例,里面明确提出,任何航天产业链产品都不能出口中国,任何美国航天器材不得有中国火箭发射。

但从神舟一号成功发射开始,中国的航天事业一路高歌,载人航天、人造卫星、深空探测等领域都取得了令人瞩目的成绩,而机械臂只是其中的一个耀眼的成果。

此后,我国空间站上的很多任务都要依靠这个功能强大的机械臂,科技进步并不是阴谋论的攻击对象,我们还将致力于寻找更多的发展方向,在更远的未来探索更多的宇宙奥秘。

当科幻变成现实,或许人类会获得更多的动力!

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