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天宫机械臂太空漫步,与欧美比谁更胜一筹

发表时间:2021-10-18 10:50

去年美国上线了一部以美国太空军建设为主题的喜剧《太空部队》,在剧中的平行世界中,被安排成美国“假想敌”的中国航天技术无比强大,从用机械臂剪美国人的卫星电池板、虏获美国宇航猩猩,到在月球抢先设立大型基地,简直无所不能呀。

更加令人哭笑不得的是,现实中的美国军方也跟着一起“做梦”,犯起了被迫害妄想症。就在不久前美国太空司令部司令迪金森曾宣称,中国有一款配备了机械臂的卫星,可以“抓走”美国卫星。


中国神州十二号飞船进入太空中,有个东西吸引了全世界的目光,这东西就是神州十二号飞船上的那个空间机械臂。我国的这个机械臂非常先进,他并不是固定在飞船上的,而是可以在飞船外面爬行移动!是不是冲击了我们大脑的想象?它可以根据需要进行位置调整,那这是怎么做到的呢?其实很简单,就是这个机械臂的两头都可以和飞船身上连接,需要移动机械臂的时候,就一边抓住飞船,另一边松开,然后移动机械臂,难怪能让美国妄想的。

不过,在骄傲的同时,我们一定要知道,其实这种自由度高可爬行的太空机械臂并非中国独有。目前全球只有四个国家可以独立完成空间机械臂的建造,我们将欧盟看成一个国家,那就是欧盟、加拿大、日本和中国。

加拿大的机械臂全球技术水平前沿,出完一代,出二代,但依然不是全自动。美国现在也没有能力搞机械臂,它用的就是加拿大的产品。2001年加拿大推出第二代空间机械臂,叫SSRMS,总长度达17.6米,直径0.38米,抓取载荷达116吨,是目前为先进的空间机械臂。加拿大机械臂的功能包括:维修、安装空间站部件,发射与抓捕卫星,它曾经29次抓捕过航天飞机,还多次抓捕过SpaceX的货运及载人飞船。

显然,美国的《太空部队》中描述的机械臂剪卫星翅膀,更适合加拿大的机械臂,美国人别有用心地栽在中国人头上。


还有欧洲也在搞机械臂,但不算一个国家而是九个国家联合研制的,不过已经延迟9年,终于等到7月15日准备发射,但结果又被推迟,何时能上天目前来说还是未知数。俄罗斯的简单粗暴,直接上“鱼杆儿”,俄罗斯发射的“科学”号实验舱上,也有一个机械臂,它同样具备7自由度和可爬行的功能。不过这个机械臂并非俄罗斯生产的,而是欧洲的产品ERA,它进入太空之后将作为加拿大臂2的“备胎”。 至于日本,就是做了个不能移动的小型机械臂吧,也算完成任务了。

中国空间机械臂2005年开始研制,2008年研制完成,2016年太空使用,长度为10.2米,与问天实验舱机械臂组合后长度达15米,仅次于加拿大2号,抓取栽荷为25吨,使用年限为10年。中国空间站的机械臂系统称为CSSRMS,实际上是分两段,一段是十米长的基于核心舱研发的主臂CMM,一段是五米长的、原计划基于实验舱研发的副臂EMM,就像人的两个胳膊一样可以左右开弓,也可以串在一起当一个长臂来用。

“天和”核心舱外的这对大型机械臂,为我国首个具有七个自由度的机械臂,从而在太空可以实现类似人类手臂的运动能力,那么什么是七个自由度呢?


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。

客观的说,中国天宫机械臂的能力,比欧空局和战斗民族航天局(RSA)携手共建的7自由度的11米长机械臂ERA要强得多,但比直径35厘米的加拿大2号臂差了三点:移动性、力量和末端手,但毕竟中国的只有738千克,而加拿大2号臂有1.8吨。

其实,迪金森的发言并不罕见,恰恰是沿袭了美国媒体一贯使用的“中国太空威胁”论调。但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。

总的来说中国太空机械臂是我国国产的结晶,像加拿大的机械臂长是有达到17米长,这实在是太长了,这么长重量肯定增加,要知道航天发射重量多一点,钱就要多花很多,堪比黄金,所以说我们国家的机械臂不光是实用性达到了,经济性也达到了,至于美国所担心的我们完全不用去理会!

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