中国空间站机械臂的设计与研制

作者: 朱超

来源: 格致论道讲坛

发布日期: 2022-10-17 17:00:57

本文讲述了朱超作为中国空间站机械臂设计师,如何通过15年的努力,使用1.8万个零件设计并研制出机械臂,为国家的载人航天事业做出贡献的故事。文章详细介绍了机械臂的设计灵感、组成、测试过程以及其在太空中的应用,强调了机械臂在空间站建设和维护中的重要性。

为了给中国空间站设计一只灵巧的手臂,我们用了1.8万个零件,还有整整15年。虽然我是一名小小的设计师,但是非常荣幸通过研制机械臂,为国家载人航天事业贡献微薄的力量。

大家好!我是朱超,来自航天五院总体设计部。我现在是中国空间站机械臂的一名设计师,今天很荣幸和大家分享机械臂研制的故事。大家想不想知道太空是什么样的,然后再到太空里面去看看我们的地球是什么样的?现在,我们就有一个利器能够看到这样的景象:中国空间站。

在中国空间里,航天员就可以透过舷窗,领略宇宙馈赠的绝美风景。空间站到底是什么样子、具有怎么样的功能呢?上面是未来空间站建造完成后的形态,总共有6个模块:中间的部分是核心舱,左右两侧是问天舱和梦天舱两个舱段,未来还有载人飞船和货运飞船和它进行对接。

我们空间站是有30多吨重、长达38米的庞大物体,它悬浮在太空里面,如果舱外的设备坏了,或者有国外的飞行器对我们进行监视,怎么办?这时候我们中国空间站的黑科技——空间机械臂就能派上用场了。它能像机器人那样在舱体上来回爬行,执行很多任务。

机械臂的设计灵感来源于哪儿?人类的手臂。我们手臂有肩部、肘部、腕部三个重要部分。如果将朝一个方向运动称作一个自由度,我们手臂有7个自由度。因为机械臂的设计灵感来源于我们真实的手臂,所以机械臂其实也具有7个自由度,不过它是通过7个关节实现的。

从2006年开始论证到2021年发射成功,我们上百人的团队用了整整15年。每个机械臂有大概1.8万个零部件,背后还有50万行代码,是一个非常复杂的系统,可以说耗费了我们很大的心血。

2021年4月29日,机械臂就随着空间站发射上天了。在发射成功的那一刻,我们是非常开心的。这是花费15年的时间研制成功的产品,大家当时都很激动。但是在开心之余,我们还有一点忐忑。因为机械臂即将面临一个真正的大考——它要在太空里面进行运动、执行状态巡检等任务。

未来,我们的机械臂并不只有以上这些任务。目前在轨的机械臂只有10米长,上面的视频展示了我们还会发射另外一条5米长的“问天”机械臂。将它们组合在一起之后,两个机械臂互相“握手”去执行任务,任务完成后脱开。另外还会通过组合臂去执行舱外巡检,支持航天员出舱等等任务。

虽然我是一名小小的设计师,但是非常荣幸,在团队中通过15年的时间成功研制了机械臂,能够通过自己的工作为国家载人航天事业贡献微薄的力量。未来希望更多的小朋友能够了解航天,加入我们。我们的征途一定是星辰宇宙!

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