国际空间站中的机器人系统

国际空间站中的机器人系统

加拿大拥有非常发达的航空和航空产业。加拿大蒙特利尔是国际民航组织的总部所在地,加拿大航空业约有500多家公司,2006年加拿大航空业的销售额达到2150亿人民币。从全球范围来看,加拿大占据了50%的商用直升飞机市场、41%的支线飞机市场、75%的商用模拟机市场、60%的大型飞机着陆装置市场和58%的环境控制系统市场。加拿大研发和制造的小型涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和高科技活塞式发动机,为飞行在全世界近200个国家的一系列商用、支线、多用途飞机和直升机提供强大动力。加拿大庞巴迪是世界上仅次于波音和空客的第三大民用客机制造商,目前中国共购买了35架庞巴迪CRJ-200型飞机,CRJ-200在中国西南地区的支线航线上也非常活跃。在航天领域,加拿大宇航局与美国宇航局有密切的合作关系,加拿大宇航员经常性参与美国航天飞机的飞行任务,加拿大还参与了国际空间站的建设,为空间站提供了关键的太空机械臂等先进的机器人系统。加拿大太空署的骄傲——太空机械臂加拿大太空机械臂为国际空间站做出重要贡献由美国、俄罗斯、加拿大和日本等16国合作建设的国际空间站始建于1998年,是世界航天领域最大规模的科技合作项目,也是航天史上第一个由各国合作建设的载人空计投资总额将超过630亿美元。国际空间站计划最早于20世纪80年代初期由美国提出,加拿大、欧洲航天局和日本后来相继加入。加拿大为建设这个迄今为止人类最引以自豪的太空实验基地做出了重要贡献,提供了一套世界上最先进的移动服务系统。这个系统主要由3个部分组成,首先就是被称为“加拿大臂2号”的空间站遥控机械臂系统;其次是一个供2个加拿大小机器人进行工作的平台;最后是一个装有2只手臂的小型专用机械手。这3个部分既可单独工作,也可以作为一个整体同时作业。长约17米的巨型“加拿大臂2号”,由美国奋进号航天飞机于2001年4月19日携带升空,22日被加拿大宇航员哈德菲尔德成功安装在国际空间站上;2002年5月,移动平台系统被成功安装;2005年,小型专用机械手也被安装到太空站上。“加拿大臂2号”这套机器人系统在空间站日常维护和修理中起着非常关键的作用。“加拿大臂2号”能运125吨重的货物,可沿主桁架遥控移动,以进行空间站硬件的装配、维修和更换。依靠这只高科技手臂,空间站上的设备及补给才可以顺利地从一处被转移到另一处。此外,当宇航员进行舱外作业,如修理及更换各种空间站设备时,也都离不开它的帮助。美国宇航员海姆斯上校在亚特兰蒂斯号航天飞机上使用“加拿大臂2号”完成一次灵活的操纵演习后说“我想告诉你们,加拿大人确实懂得制造了不起的硬件设备”。美国奋进号航天飞机太空惊魂美国宇航局历史上曾拥有哥伦比亚号、挑战者号、发现号、亚特兰蒂斯号和奋进号五架航天飞机。1986年挑战者号从发射架上升空过程中突然爆炸;2003年,全世界与美国一起经历了哥伦比亚号失事的痛苦。哥伦比亚号隔热瓦系统在升空时遭到从外挂燃料箱上脱落的一块绝缘泡沫材料的高速冲击,造成隔热瓦破损。但是人们并未觉察这一小小的破损。在哥伦比亚号返回地球进入大气层时,炽热的气体从隔热瓦破损处进入,造成了航天飞机突然在众目睽睽下突然解体剧烈爆炸,机上7名宇航员瞬间全部遇难。挑战者号和哥伦比亚号发生的意外对美国的航天飞机飞行计划带来了严重的冲击,发现号、亚特兰蒂斯号和奋进号全部停飞检查。北京时间2007年8月9日6时36分,奋进号载着机组7名宇航员从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空,飞往空间站。这是奋进号时隔近5年来,首次执行飞行任务,也是美国航天飞机第22次飞往国际空间站。奋进号这次飞行的主要任务是为空间站送去并安装一个重达1.6吨的结构组件,给空间站进行物资补给和提供零部件等。8月10日,奋进号经过长距离飞行与空间站成功对接。8月8日,当“奋进”号距离空间站还有190米时,奋进号在太空中做了一个高难度的太空翻转,以使国际空间站的3名宇航员能给航天飞机的腹部和机翼拍照,以确认它有没有在起飞时受损。但令人不安的是,根据太空传回的体检影像,奋进号腹部隔热层发现了一个凿槽。根据美国宇航局推测,凿槽可能是由覆盖着冰块的一片绝缘泡沫材料碰撞造成的,绝缘泡沫材料则是在8日发射后不久从奋进号外挂燃料箱上脱落的。这个凿槽与5年前失事的哥伦比亚号的受伤情况非常相似。奋进号能否带伤安全返回地球,取决于擦伤处能否承受航天飞机返航时从新进入大气层产生的高温。美国宇航局专家对类似受损材料进行模拟加热实验,以确定是否需要进行舱外修补,修复航天飞机,希望哥伦比亚号的悲剧不要重演。经过紧急测试、分析和考虑,美国宇航局认为奋进号的“伤口”不会造成飞行安全,在航天飞机返回地球的过程中不会因此受到严重的结构性损伤,决定放弃高风险的太空行走修复。由于飓风“迪安”可能袭击美国、墨西哥湾沿岸,奋进号提前一天离开空间站,北京时间22日零时32分,奋进号在佛罗里达肯尼迪航天中心安全着陆。肯尼迪航天中心当天天气晴好,美国宇航局一度担心的阵雨和强侧风均未出现。美国东部时间21日11时25分,奋进号启动轨道机动火箭引擎,脱离环地球飞行的轨道,飞向大气层。大约1小时后,奋进号穿云而出,在继续滑翔了一段时间后,顺利降落在航天中心的跑道上。加拿大机械臂为奋进号排除险情北京时间2007年8月12日6时45分,奋进号机组两名宇航员美国人里克·马斯特拉基奥和来自加拿大宇航局的加拿大人戴夫·威廉姆斯完成第一次太空行走,成功地为空间站安装了新结构组件。两名宇航员把国际空间站外一个出问题的陀螺仪卸下,然后将奋进号带来的新陀螺仪装上。国际空间站的一个陀螺仪重达约280公斤,在太空环境下操作并不简单。两名宇航员首先将坏掉的陀螺仪卸下,暂放在空间站外的一个临时贮存平台上。然后,威廉斯在站内同事操纵国际空间站上的加拿大机械臂,到奋进号货舱中将新陀螺仪取出,安装到位。最后,两人还把换下来的陀螺仪搬运到指定位置,留待下一次航天飞机上天时把它运回地球。两名宇航员完成了长达6小时28分钟的太空行走,安全返回空间站内。宇航员12日还用安装在国际空间站上的加拿大机械臂检查奋进号出现异常情况的部分,测量破损的确切大小和深度,机械臂上的摄像机对奋进号腹部的5个区域进行了扫描。在哥伦比亚号失事后,美国发射航天飞机,除了使用国际空间站上安装的加拿大臂2号外,还会在航天飞机上安装一个由加拿大研制的小型机械臂来检查系统,以避免再次发生象哥伦比亚号那样的灾难,同时,小型机械臂加上激光摄像机后能够检查航天飞机外壳在发射后是否存在微小的裂缝。这次安装在奋进号上的加拿大机械臂检查系统,采用了“轨道飞行器悬臂“和“传感器系统”,这种新型机械臂还具有数据存储量大等特点。小型机械臂被安装在航天飞机货舱的两侧,能够在航天飞机进入轨道飞行后进行检查工作,或者在与国际太空站对接后,借助安装在国际太空站上的加拿大臂2号与航天飞机的小型加拿大机械臂连接在一起做进一步的检查。检查加拿大机械臂的末端装有三台摄影机,其中一台是加拿大Neptec公司的三维摄影机,一台是加拿大国家实验室的红外线激光摄影机和一台较小的黑白摄影机。三维摄影机负责记录精确的数据,红外线激光摄影机负责拍摄常规的视频图像,黑白摄影机则用来保证机械臂不会碰撞到任何东西。Neptec公司的三维摄影机不仅能够拍摄下航天飞机外部的三维图片,而且能立刻将数据发送到美国航空航天局的地面控制中心,再加上红外线激光摄影机的数据,地面人员就能够确定是否需要宇航员进行维护工作。新型加拿大机械臂使美国航天飞机更加安全。通过力拿大IMAX技术体验国际空间站美国宇航局与享誉全球的加拿大IMAX公司合作,由宇航员用IMAX摄像机在国际空间站实景拍摄了三维立体记录片《国际空间站》。这部记录片详细介绍了空间站内部的构成和宇航员的生活工作情况,还介绍了巨型加拿大机械臂。观众在IMAX三维大屏幕影院带上特制的眼镜,就可以虚拟体验国际空间站。这部记录片在全球的IMAX三维巨幕影院播出。IMAX在中国西部的第一家球幕影院已经在重庆少年宫开业,明年重庆科技馆的IMAX三维立体巨幕电影院落成后,重庆市民将有机会去观看加拿大机械臂,体验国际空间站上的精彩生活,感受三维影像世界带来的视觉冲击和震撼。在位于加拿大蒙特利尔市的加拿大太空署一楼宽敞的大厅里,异常醒目地摆放着一只17米长的白色手臂模型。这只手臂模型与国际空间站上正在使用的“加拿大臂2号”长得一模一样,正是它帮助宇航员成功完成了一次又一次的国际空间站维修工作。“加拿大臂2号”是加拿大的骄傲。在加拿大太空署的实验室、会议室、走廊