國際空間站中的機器人系統(tǒng)

國際空間站中的機器人系統(tǒng)

加拿大擁有非常發(fā)達的航空和航空產(chǎn)業(yè)。加拿大蒙特利爾是國際民航組織的總部所在地,加拿大航空業(yè)約有500多家公司,2006年加拿大航空業(yè)的銷售額達到2150億人民幣。從全球范圍來看,加拿大占據(jù)了50%的商用直升飛機市場、41%的支線飛機市場、75%的商用模擬機市場、60%的大型飛機著陸裝置市場和58%的環(huán)境控制系統(tǒng)市場。加拿大研發(fā)和制造的小型渦輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機和高科技活塞式發(fā)動機,為飛行在全世界近200個國家的一系列商用、支線、多用途飛機和直升機提供強大動力。加拿大龐巴迪是世界上僅次于波音和空客的第三大民用客機制造商,目前中國共購買了35架龐巴迪CRJ-200型飛機,CRJ-200在中國西南地區(qū)的支線航線上也非?；钴S。在航天領域,加拿大宇航局與美國宇航局有密切的合作關系,加拿大宇航員經(jīng)常性參與美國航天飛機的飛行任務,加拿大還參與了國際空間站的建設,為空間站提供了關鍵的太空機械臂等先進的機器人系統(tǒng)。加拿大太空署的驕傲——太空機械臂加拿大太空機械臂為國際空間站做出重要貢獻由美國、俄羅斯、加拿大和日本等16國合作建設的國際空間站始建于1998年,是世界航天領域最大規(guī)模的科技合作項目,也是航天史上第一個由各國合作建設的載人空計投資總額將超過630億美元。國際空間站計劃最早于20世紀80年代初期由美國提出,加拿大、歐洲航天局和日本后來相繼加入。加拿大為建設這個迄今為止人類最引以自豪的太空實驗基地做出了重要貢獻,提供了一套世界上最先進的移動服務系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要由3個部分組成,首先就是被稱為“加拿大臂2號”的空間站遙控機械臂系統(tǒng);其次是一個供2個加拿大小機器人進行工作的平臺;最后是一個裝有2只手臂的小型專用機械手。這3個部分既可單獨工作,也可以作為一個整體同時作業(yè)。長約17米的巨型“加拿大臂2號”,由美國奮進號航天飛機于2001年4月19日攜帶升空,22日被加拿大宇航員哈德菲爾德成功安裝在國際空間站上;2002年5月,移動平臺系統(tǒng)被成功安裝;2005年,小型專用機械手也被安裝到太空站上?！凹幽么蟊?號”這套機器人系統(tǒng)在空間站日常維護和修理中起著非常關鍵的作用。“加拿大臂2號”能運125噸重的貨物,可沿主桁架遙控移動,以進行空間站硬件的裝配、維修和更換。依靠這只高科技手臂,空間站上的設備及補給才可以順利地從一處被轉移到另一處。此外,當宇航員進行艙外作業(yè),如修理及更換各種空間站設備時,也都離不開它的幫助。美國宇航員海姆斯上校在亞特蘭蒂斯號航天飛機上使用“加拿大臂2號”完成一次靈活的操縱演習后說“我想告訴你們,加拿大人確實懂得制造了不起的硬件設備”。美國奮進號航天飛機太空驚魂美國宇航局歷史上曾擁有哥倫比亞號、挑戰(zhàn)者號、發(fā)現(xiàn)號、亞特蘭蒂斯號和奮進號五架航天飛機。1986年挑戰(zhàn)者號從發(fā)射架上升空過程中突然爆炸;2003年,全世界與美國一起經(jīng)歷了哥倫比亞號失事的痛苦。哥倫比亞號隔熱瓦系統(tǒng)在升空時遭到從外掛燃料箱上脫落的一塊絕緣泡沫材料的高速沖擊,造成隔熱瓦破損。但是人們并未覺察這一小小的破損。在哥倫比亞號返回地球進入大氣層時,熾熱的氣體從隔熱瓦破損處進入,造成了航天飛機突然在眾目睽睽下突然解體劇烈爆炸,機上7名宇航員瞬間全部遇難。挑戰(zhàn)者號和哥倫比亞號發(fā)生的意外對美國的航天飛機飛行計劃帶來了嚴重的沖擊,發(fā)現(xiàn)號、亞特蘭蒂斯號和奮進號全部停飛檢查。北京時間2007年8月9日6時36分,奮進號載著機組7名宇航員從佛羅里達州肯尼迪航天中心發(fā)射升空,飛往空間站。這是奮進號時隔近5年來,首次執(zhí)行飛行任務,也是美國航天飛機第22次飛往國際空間站。奮進號這次飛行的主要任務是為空間站送去并安裝一個重達1.6噸的結構組件,給空間站進行物資補給和提供零部件等。8月10日,奮進號經(jīng)過長距離飛行與空間站成功對接。8月8日,當“奮進”號距離空間站還有190米時,奮進號在太空中做了一個高難度的太空翻轉,以使國際空間站的3名宇航員能給航天飛機的腹部和機翼拍照,以確認它有沒有在起飛時受損。但令人不安的是,根據(jù)太空傳回的體檢影像,奮進號腹部隔熱層發(fā)現(xiàn)了一個鑿槽。根據(jù)美國宇航局推測,鑿槽可能是由覆蓋著冰塊的一片絕緣泡沫材料碰撞造成的,絕緣泡沫材料則是在8日發(fā)射后不久從奮進號外掛燃料箱上脫落的。這個鑿槽與5年前失事的哥倫比亞號的受傷情況非常相似。奮進號能否帶傷安全返回地球,取決于擦傷處能否承受航天飛機返航時從新進入大氣層產(chǎn)生的高溫。美國宇航局專家對類似受損材料進行模擬加熱實驗,以確定是否需要進行艙外修補,修復航天飛機,希望哥倫比亞號的悲劇不要重演。經(jīng)過緊急測試、分析和考慮,美國宇航局認為奮進號的“傷口”不會造成飛行安全,在航天飛機返回地球的過程中不會因此受到嚴重的結構性損傷,決定放棄高風險的太空行走修復。由于颶風“迪安”可能襲擊美國、墨西哥灣沿岸,奮進號提前一天離開空間站,北京時間22日零時32分,奮進號在佛羅里達肯尼迪航天中心安全著陸。肯尼迪航天中心當天天氣晴好,美國宇航局一度擔心的陣雨和強側風均未出現(xiàn)。美國東部時間21日11時25分,奮進號啟動軌道機動火箭引擎,脫離環(huán)地球飛行的軌道,飛向大氣層。大約1小時后,奮進號穿云而出,在繼續(xù)滑翔了一段時間后,順利降落在航天中心的跑道上。加拿大機械臂為奮進號排除險情北京時間2007年8月12日6時45分,奮進號機組兩名宇航員美國人里克·馬斯特拉基奧和來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,成功地為空間站安裝了新結構組件。兩名宇航員把國際空間站外一個出問題的陀螺儀卸下,然后將奮進號帶來的新陀螺儀裝上。國際空間站的一個陀螺儀重達約280公斤,在太空環(huán)境下操作并不簡單。兩名宇航員首先將壞掉的陀螺儀卸下,暫放在空間站外的一個臨時貯存平臺上。然后,威廉斯在站內同事操縱國際空間站上的加拿大機械臂,到奮進號貨艙中將新陀螺儀取出,安裝到位。最后,兩人還把換下來的陀螺儀搬運到指定位置,留待下一次航天飛機上天時把它運回地球。兩名宇航員完成了長達6小時28分鐘的太空行走,安全返回空間站內。宇航員12日還用安裝在國際空間站上的加拿大機械臂檢查奮進號出現(xiàn)異常情況的部分,測量破損的確切大小和深度,機械臂上的攝像機對奮進號腹部的5個區(qū)域進行了掃描。在哥倫比亞號失事后,美國發(fā)射航天飛機,除了使用國際空間站上安裝的加拿大臂2號外,還會在航天飛機上安裝一個由加拿大研制的小型機械臂來檢查系統(tǒng),以避免再次發(fā)生象哥倫比亞號那樣的災難,同時,小型機械臂加上激光攝像機后能夠檢查航天飛機外殼在發(fā)射后是否存在微小的裂縫。這次安裝在奮進號上的加拿大機械臂檢查系統(tǒng),采用了“軌道飛行器懸臂“和“傳感器系統(tǒng)”,這種新型機械臂還具有數(shù)據(jù)存儲量大等特點。小型機械臂被安裝在航天飛機貨艙的兩側,能夠在航天飛機進入軌道飛行后進行檢查工作,或者在與國際太空站對接后,借助安裝在國際太空站上的加拿大臂2號與航天飛機的小型加拿大機械臂連接在一起做進一步的檢查。檢查加拿大機械臂的末端裝有三臺攝影機,其中一臺是加拿大Neptec公司的三維攝影機,一臺是加拿大國家實驗室的紅外線激光攝影機和一臺較小的黑白攝影機。三維攝影機負責記錄精確的數(shù)據(jù),紅外線激光攝影機負責拍攝常規(guī)的視頻圖像,黑白攝影機則用來保證機械臂不會碰撞到任何東西。Neptec公司的三維攝影機不僅能夠拍攝下航天飛機外部的三維圖片,而且能立刻將數(shù)據(jù)發(fā)送到美國航空航天局的地面控制中心,再加上紅外線激光攝影機的數(shù)據(jù),地面人員就能夠確定是否需要宇航員進行維護工作。新型加拿大機械臂使美國航天飛機更加安全。通過力拿大IMAX技術體驗國際空間站美國宇航局與享譽全球的加拿大IMAX公司合作,由宇航員用IMAX攝像機在國際空間站實景拍攝了三維立體記錄片《國際空間站》。這部記錄片詳細介紹了空間站內部的構成和宇航員的生活工作情況,還介紹了巨型加拿大機械臂。觀眾在IMAX三維大屏幕影院帶上特制的眼鏡,就可以虛擬體驗國際空間站。這部記錄片在全球的IMAX三維巨幕影院播出。IMAX在中國西部的第一家球幕影院已經(jīng)在重慶少年宮開業(yè),明年重慶科技館的IMAX三維立體巨幕電影院落成后,重慶市民將有機會去觀看加拿大機械臂,體驗國際空間站上的精彩生活,感受三維影像世界帶來的視覺沖擊和震撼。在位于加拿大蒙特利爾市的加拿大太空署一樓寬敞的大廳里,異常醒目地擺放著一只17米長的白色手臂模型。這只手臂模型與國際空間站上正在使用的“加拿大臂2號”長得一模一樣,正是它幫助宇航員成功完成了一次又一次的國際空間站維修工作。“加拿大臂2號”是加拿大的驕傲。在加拿大太空署的實驗室、會議室、走廊