精度0.1毫米內(nèi) 這個(gè)靈巧機(jī)械手是航天員的維修利器

10月31日，神舟十六號(hào)航天員安全返回地球家園，而神舟十七號(hào)乘組三名航天員湯洪波、唐勝杰、江新林則開(kāi)啟了在中國(guó)空間站為期六個(gè)月的在軌駐留，今天，已經(jīng)是他們?cè)谲壍牡谑炝恕＿@次神舟十七號(hào)飛行任務(wù)中，有一項(xiàng)特殊的任務(wù)，航天員將通過(guò)出艙活動(dòng)，首次進(jìn)行空間站艙外試驗(yàn)性維修作業(yè)。

空間站長(zhǎng)期在軌運(yùn)行，航天員的安全如何保障、航天器的設(shè)備怎樣維修維護(hù)？一起來(lái)了解。

在線維修裝調(diào)操作柜 空間站里的維修利器

在中國(guó)空間站的艙內(nèi)艙外有大量的設(shè)備，這些設(shè)備一旦出現(xiàn)故障該怎么處理呢？我國(guó)科研人員創(chuàng)新性地研發(fā)了一套“在線維修裝調(diào)操作柜”，有了它，空間站的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和載荷一旦出現(xiàn)故障，就可以在軌進(jìn)行維修。

總臺(tái)央視記者 褚爾嘉：這里是中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心的鏡像大廳，在這里一共有十四臺(tái)實(shí)驗(yàn)柜。這些實(shí)驗(yàn)柜實(shí)際上跟在中國(guó)空間站中的實(shí)驗(yàn)柜是一模一樣的。在我身后這里有一個(gè)叫在線維修裝調(diào)操作柜，在中國(guó)空間站的夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙里就有一個(gè)完全一樣的操作柜，它可以實(shí)現(xiàn)在軌對(duì)出現(xiàn)故障的一些設(shè)備進(jìn)行維修。

中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員 張璐：其他的實(shí)驗(yàn)柜都屬于科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，它都會(huì)有一個(gè)或者是多個(gè)比較固定的研究主題。我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)柜，它實(shí)際上更多的是一個(gè)支撐類的實(shí)驗(yàn)柜，它并沒(méi)有很獨(dú)立的研究方向。像以前，有些（設(shè)備）比如說(shuō)壞了，咱們航天員不是很方便地去進(jìn)行在軌的維修和更換。那我們這個(gè)在線實(shí)際上就是指的是在軌的狀態(tài)下，航天員可以對(duì)其他的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，包括其他的空間應(yīng)用系統(tǒng)的一些載荷裝置，更換、維修，或者操作需求的時(shí)候，這個(gè)實(shí)驗(yàn)柜提供了一系列的包括結(jié)構(gòu)安裝、潔凈空間的處理，包括還有機(jī)械臂手的輔助操作，還有相應(yīng)的一些真空、排廢氣，還有很多工具類的一些支撐，來(lái)保障我們這些維修操作能夠在軌順利展開(kāi)。

移動(dòng)維修平臺(tái) 可維修艙外大型載荷

自身體積并不大的在線維修裝調(diào)操作柜是如何實(shí)現(xiàn)維修中國(guó)空間站中的大型設(shè)備呢？張璐告訴記者，設(shè)計(jì)之初，他們就已經(jīng)考慮到了這個(gè)問(wèn)題，為此設(shè)計(jì)了一些拓展空間功能。

中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員 張璐：這里面我們主要是進(jìn)行一些小載荷、標(biāo)準(zhǔn)載荷的維修操作，包括一些有密閉要求的載荷，我們可以通過(guò)更換手套進(jìn)行操作。艙外的大型載荷，它有一些安裝、升級(jí)，甚至拆裝的操作，可以通過(guò)把這個(gè)平臺(tái)拉開(kāi)，展開(kāi)成一個(gè)大概900毫米乘以700毫米的大平板。我的艙外的這些大載荷，可以在這個(gè)大平板上安裝固定，然后航天員在這個(gè)平板上結(jié)合我內(nèi)部豐富的各種載荷的接口，來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的維修操作。

靈巧機(jī)械手協(xié)助操作 精度可達(dá)0.1毫米內(nèi)

大家之前可能已經(jīng)了解到，中國(guó)空間站的艙外有大小兩個(gè)機(jī)械臂，大機(jī)械臂展開(kāi)后長(zhǎng)約10米，最大負(fù)載能力25噸，可以在艙外爬行，也可以抓取像問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙這樣的大型艙段。空間站外的小機(jī)械臂，臂長(zhǎng)約5米，最大負(fù)載3噸，小機(jī)械臂操作精度更高，可以單獨(dú)使用，也可以和大機(jī)械臂連接、形成約15米長(zhǎng)的組合臂，從而擴(kuò)大航天員在艙外搭乘機(jī)械臂可以到達(dá)的范圍。

不過(guò)你知道嗎，咱們的空間站內(nèi)，還有一個(gè)靈巧機(jī)械手，就在剛才說(shuō)到的夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在線維修裝調(diào)操作柜里，它展開(kāi)后大約七八十厘米長(zhǎng)，操作精度可達(dá)0.1毫米以內(nèi)，可以幫助航天員進(jìn)行維修裝調(diào)操作。

張璐介紹，在這臺(tái)在線維修裝調(diào)操作柜里，擁有一個(gè)功能非常強(qiáng)大的靈巧機(jī)械手，它擁有十分靈活的7自由度關(guān)節(jié)，可以輕松地旋轉(zhuǎn)到各種姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)在狹小的空間內(nèi)做復(fù)雜的軌跡規(guī)劃，操作精度可以達(dá)到0.1毫米以內(nèi)，且響應(yīng)速度快，能夠幫助航天員在軌完成大量復(fù)雜維修工作。

中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員 張璐：像我們有些艙外的載荷進(jìn)艙之后，包括還有我們一些生物學(xué)的載荷，做完實(shí)驗(yàn)之后，有一些殺毒、消菌的需求，我們可以通過(guò)更換機(jī)械臂（手）的末端工具。未來(lái)我們可以有不同的末端工具，更換之后可以執(zhí)行不同的操作任務(wù)。有一些很煩瑣地?cái)Q螺釘或者是做一些簡(jiǎn)單的采樣，我們可以換上一個(gè)小型的末端，一個(gè)夾爪，或者是一個(gè)電動(dòng)的剪刀，就可以去把這個(gè)操作完成。

智能誘導(dǎo)維修系統(tǒng) 在軌維修更便利

除了有靈巧機(jī)械手幫忙，科研人員還設(shè)計(jì)了搭載增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的在線維修系統(tǒng)，只要戴上一副眼鏡，航天員不用翻看任何操作手冊(cè)，就可以實(shí)時(shí)接收操作指令，實(shí)現(xiàn)便捷在軌設(shè)備維修工作。

中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員 張璐：大家知道我們空間站實(shí)驗(yàn)柜就有14個(gè)，這14個(gè)實(shí)驗(yàn)柜都是由各種各樣的不同的部組件、科學(xué)診斷手段，科學(xué)探測(cè)的一些設(shè)備組成的。那么這些設(shè)備就像我們家里用的電器一樣，它一定會(huì)有一個(gè)壽命時(shí)間，或者說(shuō)有一些故障了，那我們航天員必須要在在軌的狀態(tài)下對(duì)這些故障進(jìn)行診斷，去進(jìn)行一些維修，包括還有一些組裝的操作。

運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù) 實(shí)時(shí)接收操作指令

為了更快、更便捷地進(jìn)行在軌維修操作，科研人員開(kāi)發(fā)了一套智能誘導(dǎo)維修系統(tǒng)。航天員會(huì)戴一副眼鏡，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)時(shí)接收語(yǔ)音、文字、視頻等操作指令，使維修操作變得不再?gòu)?fù)雜煩瑣。

中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員 張璐：一步一步地引導(dǎo)航天員進(jìn)行相應(yīng)的操作。有的時(shí)候你可以想象，如果航天員一邊看我們的平板電腦，一邊去操作，他其實(shí)會(huì)非常影響我的這個(gè)操作的流暢性。那么當(dāng)我戴著一個(gè)眼鏡之后，那么我就不用頻繁地去一會(huì)兒看我的手冊(cè)，一會(huì)兒去做一個(gè)操作，他整個(gè)過(guò)程可以非常流暢地進(jìn)行下去。

據(jù)介紹，這套基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智能誘導(dǎo)維修系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地將所需要的數(shù)字化維修誘導(dǎo)信息疊加到實(shí)物對(duì)象上，使得航天員能夠獲取視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等方式的維修提示，提高了航天員在軌維修作業(yè)效率，為空間站在軌維修維護(hù)、裝調(diào)、實(shí)驗(yàn)操作等任務(wù)提供了可靠的技術(shù)支撐。

來(lái)源： 央視新聞