本
文
摘
要
说到太空机械臂，大家都会想到我国“天和”核心舱的“大臂”，它长10.2米，重738公斤，能7自由度爬行，像尺蠖一样在整个空间站和飞船组合体外壁移动，最大承载能力25吨，性能看齐世界领先水平。除此之外，这个月底将发射的“问天”实验舱，也会带一个5米的“小臂”上去，承载3吨，同样具备7自由度爬行能力，它能单独作业，也能和“大臂”组合成15.2米的超长机械臂使用。
天和大臂
大臂和小臂组合效果图
这些大家可能都清楚了，可是你知道吗？除了“大臂”和“小臂”，我国至少还有10种太空机械臂，概括起来有4大类，其中至少7种已经在太空中服役，或者已经退役，而即使有了这么多太空机械臂，但我们还差一样关键的设备，今天我们就来聊聊这个话题。
我国的太空机械臂有很多很多
首先是星载机械臂，它们包括试验7号、遨龙1号、实践17号的机械臂，可能还有实践21号的，总共有三四种。其中“试验7号”的机械臂由哈工大研制，2013年7月发射升空，主要用于验证空间交会和机械臂的释放捕获技术。而“遨龙 1 号”的机械臂，首次实现了我国在空间碎片主动清除领域的在轨验证。“实践 17 号”的机械臂则搭载载同步轨道新技术试验星上，实现近距离在轨服务，至于“实践 21号”的机械臂，就更复杂了。
遨龙一号卫星配备了机械臂
星载机械臂
这里多说一点，大家看到科幻美剧《太空部队》里中国空间站剪美国卫星“翅膀”的画面，总是问能不能梦想成真。其实用空间站的机械臂去剪划不来，燃料消耗得多不说，空间站还容易送上门被撞毁，用星载机械臂去剪是最合适的，因为卫星更灵活嘛。
用空间站去剪“翅膀”是划不来的
第二类则是月球机械臂，包括“玉兔”号月球车的机械臂“玉兔之手”，可实施毫米级精确控制，以及“嫦娥五号”挖土机械臂。对，你没看错，“玉兔”号是有机械臂的，当然，到了“玉兔二号”月球车和“祝融”号火星车，反而又没有了。
玉兔号月球车是有机械臂的
区分玉兔号和玉兔二号，就看这个机械臂
至于“嫦娥五号”的挖土机械臂，臂长3.7米，结构重量仅有3.1千克，机械臂厚度也只有1.4毫米，相当于十几张纸，也是由哈工大研制，末段的“表取采样执行装置”则由香港理工大学的团队研制。
嫦娥五号机械臂
第三类我们后面再说，先说第四类，是一种特殊的机械臂，它既可以像“螃蟹腿”、“蜘蛛腿”一样让探测器实现爬行功能，又可以取样，还可以弹跳，它们就是“天问二号”小行星探测器和“嫦娥七号”携带的飞跃子探测器的机械臂，目前已经研制出实物，未来执行在轨自动组装任务的“太空螃蟹”也可能采用这类机械臂。
嫦娥七号的飞跃子探测器的大长腿也是机械臂
天问三号也有大长腿
好了，现在我们说第三类太空机械臂，就是空间站机械臂，除了我们前面说到的“大臂”和“小臂”之外，其实“大臂”还有上一代，网上曾经曝光过它的画面，两头也是“末段执行器”，应该也可以爬行，但是自由度可能没达到7个，是一种试验产量。
这是天和机械臂的上一代产品
而“问天”和“梦天”实验舱转位的时候，还会用到专门的转位机械臂，“大臂”仅起到辅助作用。当然，这种机械臂功能比较单一，就是专为实验舱转位设计的，可能有点类似俄罗斯的“太空吊车”。
实验舱转位其实有专门的转位机械臂
用大臂去转位实验舱其实是备份方案
另外，在“天宫二号”空间试验室的时候，还测试过舱内机械臂，就是一个类似机器人手掌和手臂的装置，有可以转动的手臂和灵活的五指。而今年发射上去的空间站实验舱，还有这种舱内机械臂的下一代，叫做“科学手套箱机械臂”，由中国科学院沈阳自动化研究所研制，不仅具备微观环境下5μm的操作精度，而且还能实现基于高精度视觉反馈以及智能算法的视觉伺服控制，为我国空间生命科学领域的研究提供技术保障。
天宫二号机械手地面测试
这个机械手有下一代了，主要是舱内做试验用的
值得一提的是，日本也有类似的“科学手套箱机械臂”，就是去年10月，日本太空初创企业Gitai公开的S1机械手，目前已在国际空间站完成了功能演示，除了单独作业之外，据说还可以由几个机械手组合成一个机器人，正式版本已经在研制当中。另外，日本的“希望”号实验舱还有一个固定式机械臂，专门负责舱外暴露载荷试验平台的设备移动和运送，而且1997年11月28日发射的日本“技术试验卫星7号”，也带有一个太空机械臂。
日本的Gitai S1太空机械手
日本希望号实验舱外的机械臂
日本“技术试验卫星7号”配备的机械臂
不过，无论中日的太空机械臂，都还缺少一个关键设备，它就是“机械手”，也就是与国际空间站加拿大臂2号配合使用的“专用灵巧机械手”Dextre，这是一种舱外使用的精确控制设备，据说可以达到拧螺丝的精确度，有了它，舱外机械臂才能在无人值守的情况下，自动对空间站进行检修和维护，这非常重要，在未来的月球轨道空间站和深空空间站必不可少。因为深空环境宇宙辐射很大，不可能一直有人驻守，在无人条件下，空间站必须具备自我检修和维护的功能，依靠的就是舱外机械臂和灵巧机械手。当然，有了它，机械臂才可能给卫星剪“翅膀”，希望早日看到我国这方面的产品。
红圈内是灵巧机械手，蓝圈内是加拿大机械臂2号
组合起来是这样的，可以拧螺丝
未来的月球轨道空间站和深空空间站，灵巧机械手必不可少
