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北京时间7月4日早上8点11分，我国空间站迎来了航天员的首次出舱任务。整个任务持续了长达6小时46分钟，两名航天员完成了三项重要任务，才结束了这次太空行走。 在整个过程中，有一个设备非常亮眼，那就是机械臂。它是本次太空行走的任务之一，又同时参与了这次任务。那么，机械臂是什么呢？它有多重要呢？ 所谓的机械臂，又称为空间机械臂，可以理解为一种机器人。虽然不是人的形状，但其功能却达到了机器人的标准，而且还要更加强大。机械臂不仅可以在航天员的操作下完成任务，还可以自主进行一些专业活动。比如5月29日天舟二号货运飞船发射升空之后，当时天和号上还没有航天员，就是完全依靠机械臂进行捕获的。 最早在上个世纪，国外就开始研发机械臂了。1981年，美国发射的哥伦比亚号航天飞机上就携带了由加拿大斯巴宇航公司研制的机械臂，也就是所谓的加拿大机械臂一。后来，机械臂的技术和承担任务的难度越来越高，比如大家熟知的哈勃望远镜维护以及国际空间站的建设，都离不开机械臂的帮助。 （图片说明：维护哈勃望远镜时需要先用机械臂将其抓入航天飞机中） 目前国际空间站上使用的，就是比它更加先进的加拿大机械臂二，又称为SSRMS。它的长度达到了17.6米，抓取重量也可以达到116吨（失重状态）。这两个参数，甚至超过了我国的机械臂（长10.6米，抓取重量25吨），但是和我们的机械臂相比，它还不能完全自动化操作，所以二者是互有短长。 如今，机械臂的功能非常强大，对于空间站来说已经不可或缺了。除了刚才提到的悬停飞行器捕获之外， 它在航天员舱外活动、舱外货物搬运以及舱体状态检查等任务中，都是至关重要的参与者。 以航天员的舱外活动，也就是所谓的太空行走任务为例。在此之前，我们看到早期的太空行走都是靠一根安全绳将航天员和航天器绑在一起，比如2008年神舟七号的时候，航天员翟志刚就是这样执行我国首次太空行走的。 和这种安全绳相比，机械臂的安全性就更高了。不过，在天和号核心舱发射的时候，机械臂上固定航天员身体的脚限位器并没有安装。因此在这次出舱任务中，我国航天员刘伯明首先要把脚限位器安装好，然后站在脚限位器上，利用机械臂进行大范围转移。 顾名思义，既然叫机械臂了，它和人类的手臂是有些类似的。不仅外观相似，其功能也有所类似。 （图片说明：脚限位器示意图） 以我国的机械臂为例，拥有着7个自由度。什么是自由度呢？就是能够移动或者转动的方向，它是衡量一套机械设备灵活程度的标准。天和号的机械臂，拥有三个腕部关节、一个肘部关节和三个肩部关节。这和我们的手臂一样，肩部可以向三个方向转动，肘部有一个方向，腕部也可以进行三维转动。 实际上，也不是所有的机械臂都千篇一律。比如日本研制的机械臂，就只有6个自由度。这也不是说人家的不先进，因为他们的机械臂末端还有长约0.15m的三指灵巧机器手系统，非常灵活。 不仅如此，在机械臂的末端，还有类似于我们指尖触觉的系统，也就是所谓的末端执行机构。它可以感受自己和空间站外部各个目标适配器的相对位置，从而实现完美对接。 在它的肘部，还有一套非常精密的中央控制系统，能够在执行任务期间进行实时分析的数据传递，确保任务的顺利进行。 说到机械臂的重要性，我们举一个例子就能够说明，那就是美国的态度。 今年4月份的时候，美国太空司令部司令迪金森就说，我们的一款装备了机械臂的卫星具有巨大的威胁，可以使美国的卫星失效。说起来也可笑，他们用机械臂40年了都安全，我们刚用机械臂就是太空站，真不知道他们脑回路是怎么回事，他们以为全世界都像他们一样傻吗？ 不管怎么样，这也从侧面说明：机械臂的发展对于一个国家的航天实力来说具有多么重要的作用。正因为它足够强大，才会引起美国的忌惮。也因为同样的原因，世界上很多航天机构都在积极发展机械臂技术。 就在当地时间7月6日，欧洲航天局宣布，他们将在7月15日向国际空间站发射期待已久的机械臂——欧洲机器人臂，简称ERA。 由于火箭发射以及技术问题，ERA的发射已经推迟了差不多20年，如今终于姗姗来迟。这款完全由欧洲自主研发的机械臂由荷兰政府出资，欧空局、荷兰航天局以及空客防务等机构联合研发。它将和俄罗斯的名为Nauka的实验舱一同前往国际空间站，执行一系列的任务。 （图片说明：ERA各项参数） 同样的，ERA也有7个自由度，总长度11米，和我国的机械臂类似；抓取重量为8吨，比我们的机械臂要小一些。它同样能够协助宇航员进行太空行走任务，甚至可以自主完成工作，有望在未来逐渐取代宇航员执行出舱任务。 有网友提问：未来机器人是否会代替航天员进行出舱任务？我想，在很大程度上是会的，或者说这样的未来已经到来。 诚然，目前还没有航天员曾经在太空行走时遇难，但太空毕竟还是充满了未知，需要谨慎面对。比如2013年的时候，国际空间站上的宇航员卢卡·帕米塔诺在执行出舱任务的时候，宇航服出现了故障，导致头盔中进水严重，差点窒息而死。 （图片说明：ERA的发射计划） 目前，机械臂已经可以完成很多任务了，未来它的功能还会更加强大，满足空间站的更多要求，完成更加艰难的任务。相信它替代人类的一天，也不会太远了。 |
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