探秘应用在国际太空站上的机械手臂
移动维修系统(MobileServicingSystem,简称MSS)是连接在国际空间站上的1个机器人系统。在空间站的装配和保养上扮演着关键的角色。它在空间站的周围搬运设备和补给,帮助宇航员在太空中工作,在空间站上安装设备和其他载荷。宇航员接受特殊的训练,以使他们能够使用各种系统来完成这些工作。
移动维修系统由空间站远距离机械手(SpaceStationRemoteManipulator)、移动远距离维修基础系统(MobileRemoteServicerBaseSystem)、专用灵巧机械手又称"加拿大臂"(SpecialPurposeDexterousManipulator)所组成。这个系统由美国提供的运载车装载,能沿着综合桁架结构的轨道移动。图片2
加拿大臂(英语:Canadarm)的正式名称是航天飞机遥控机械手系统(英语:ShuttleRemoteManipulatorSystem),是国际空间站上由加拿大太空总署设计的一系列机械手臂,用于部署、移动和捕获运载物。在哥伦比亚号航天飞机灾难之后,加拿大臂与轨道器臂传感器系统(OBSS)配合使用,用来检查航天飞机隔热系统的损伤。
1969年,加拿大受美国国家航空航天局(NASA)邀请参加航天飞机计划。加拿大DSMAAtcon公司曾制造过一个可以向CANDU核反应堆注入燃料的机器人,这个机器人吸引了NASA的注意。1975年,NASA和加拿大国家研究理事会签署了一个合作谅解备忘录,让加拿大研制和建造航天飞机遥控机械手系统(英语:ShuttleRemoteManipulatorSystem),也就是加拿大臂。
第一台加拿大臂于1981年4月运送至NASA。总共有五台加拿大臂(分别是201,202,301,302和303)建造并移交给了NASA。其中302号加拿大臂在挑战者号航天飞机灾难中被损毁。
最初版本的加拿大臂能够在太空中部署和收回重达332.5千克的运载物。在20世纪90年代中期,机械臂的控制系统被重新设计,让它的操控性能大幅提升,可以在太空中部署重达3,293千克的运载物,使之能够胜任国际空间站的组装。尽管加拿大臂在太空的微重力中可以操控一辆满载公交车重量的运载物,但在地面上机械臂的马达连机械臂自身的重量都不能举起。
加拿大臂长15.2米,直径38厘米,重450千克,有6个自由度。加拿大臂有6个关节,可以大致的对应到人体手臂的关节。肩部横摆和仰俯两个关节,肘部仰俯一个关节,腕部横摆、仰俯和内外旋三个关节。加拿大臂腕部的末端装有末端操作器,用来抓住运载物上的抓牢固定装置。
在航天飞机计划早期的测试阶段,有一个模拟的加拿大臂安装在企业号航天飞机上,轨道器的运货舱门打开时可以看到这台加拿大臂。1981年,在哥伦比亚号航天飞机的STS-2任务中,加拿大臂第一次进行在轨测试。加拿大臂的第一次操作是在STS-3任务中,用于部署和移动等离子体诊断模块(英语:PlamsaDiagnosticsPackage)。加拿大臂跟随5架航天飞机总计执行了超过90次任务。自从加拿大臂2号安装到国际空间站上之后,加拿大臂将航天飞机运载的用于组装空间站的部件传递给加拿大臂2号。两台机械臂通过部件串联在一起的状态,被媒体戏称为"加拿大握手"。加拿大臂第90次也是最后一次任务是在2011年7月的STS-135任务,运送Raffaello多用途后勤舱到国际空间站并返回。此后,加拿大臂随航天飞机一起退役。发现号的加拿大臂与发现号一起陈列在美国国家航空航天博物馆中。奋进号的加拿大臂在STS-134任务(也是奋进号最后一次任务)中,由于任务需要将加拿大臂拆下。本来计划在返回地球后陈列在加拿大太空局总部,但是奋进号的加拿大臂现在被永久陈列在位于渥太华的加拿大航空博物馆。最后一台进入太空的加拿大臂,搭载在亚特兰蒂斯号上的加拿大臂,于2011年7月完成了最后一次航天飞机任务STS-135。这台加拿大臂被运至位于休斯顿的NASA林顿·约翰逊太空中心,用作工程学的研究并有可能在未来的任务中重新启用。
国际空间站上最新的移动维修系统也被成为"加拿大臂2",也由加拿大宇航局设计。现任加拿大总督、前太空人朱莉·帕耶特曾参与加拿大臂的设计和安装。
加拿大臂2由代号STS-100的任务于2001年4月发射。同航天飞机上的"加拿大臂"相比,这个新一代的加拿大臂是一个更大的,更加先进的改进型号。加拿大2臂,最大伸展时连同7个机动化关节,总长17.6米(57.7英尺),总重1,800公斤(4,000磅),直径35厘米(13?英寸)。加拿大臂最大负荷超过116,000公斤(256,000磅)。并且可以帮助航天飞机停靠国际空间站。加拿大臂2被官方名称是空间站远距离机械手系统(SpaceStationRemoteManipulatorSystem)简称SSRMS。它可以自我重定位,能用像蠕虫一样的动作,点对点的移动至空间站的许多部分。加拿大臂2必须依靠PDGFs装置,这种装置通过它的闭锁式末端传感器向加拿大臂输送能量,数据和视频。加拿大臂也可以由移动运载车运载至综合桁架结构的全部行程。大部分时间里,机械臂的操作者可以通过机器人工作站(RoboticWorkStation)简称RWS上的3个LCD显示屏看清他们正在进行的工作。MSS上有2个RWS单元,一个RWS单元操纵MSS一次。在建成后完整的国际空间站上,一个RWS单元位于命运号实验舱,另一个位于圆顶屋内。目前,所有的RWS单元都在命运号试验舱内,RWS单元有2套操纵杆:1套旋转式手动操纵杆,1套平移式手动操纵杆。外加显示和控制面板,以及便携式电脑。
移动基座系统(MobileBaseSystem)简称MBS,是加拿大臂2的基座平台。它于任务STS-111中安装在空间站上。这个基座安装在能使它沿着空间站桁架的轨道运动的移动传送器上,当加拿大臂2安装在基座上时,它能以2.5厘米/秒的最高速度移动至空间站桁架的任何一点。移动基座系统由铝制成。预期使用寿命至少15年,同加拿大臂2一样,由MDRobotics公司制造。
MBS也被用于支援宇航员的舱外作业,它提供了储存工具和设备的场所和一些安全设施。当需要时,宇航员甚至可以骑在MBS上沿着空间站桁架移动。