國(guó)際空間站中的機(jī)器人系統(tǒng)

國(guó)際空間站中的機(jī)器人系統(tǒng)

加拿大擁有非常發(fā)達(dá)的航空和航空產(chǎn)業(yè)。加拿大蒙特利爾是國(guó)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(xiāo)售額達(dá)到2150億人民幣。從全球范圍來(lái)看,加拿大占據(jù)了50%的商用直升飛機(jī)市場(chǎng)、41%的支線飛機(jī)市場(chǎng)、75%的商用模擬機(jī)市場(chǎng)、60%的大型飛機(jī)著陸裝置市場(chǎng)和58%的環(huán)境控制系統(tǒng)市場(chǎng)。加拿大研發(fā)和制造的小型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和高科技活塞式發(fā)動(dòng)機(jī),為飛行在全世界近200個(gè)國(guó)家的一系列商用、支線、多用途飛機(jī)和直升機(jī)提供強(qiáng)大動(dòng)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(jī)制造商,目前中國(guó)共購(gòu)買(mǎi)了35架龐巴迪CRJ-200型飛機(jī),CRJ-200在中國(guó)西南地區(qū)的支線航線上也非?；钴S。在航天領(lǐng)域,加拿大宇航局與美國(guó)宇航局有密切的合作關(guān)系,加拿大宇航員經(jīng)常性參與美國(guó)航天飛機(jī)的飛行任務(wù),加拿大還參與了國(guó)際空間站的建設(shè),為空間站提供了關(guān)鍵的太空機(jī)械臂等先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)。加拿大太空署的驕傲——太空機(jī)械臂加拿大太空機(jī)械臂為國(guó)際空間站做出重要貢獻(xiàn)由美國(guó)、俄羅斯、加拿大和日本等16國(guó)合作建設(shè)的國(guó)際空間站始建于1998年,是世界航天領(lǐng)域最大規(guī)模的科技合作項(xiàng)目,也是航天史上第一個(gè)由各國(guó)合作建設(shè)的載人空計(jì)投資總額將超過(guò)630億美元。國(guó)際空間站計(jì)劃最早于20世紀(jì)80年代初期由美國(guó)提出,加拿大、歐洲航天局和日本后來(lái)相繼加入。加拿大為建設(shè)這個(gè)迄今為止人類(lèi)最引以自豪的太空實(shí)驗(yàn)基地做出了重要貢獻(xiàn),提供了一套世界上最先進(jìn)的移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成,首先就是被稱為“加拿大臂2號(hào)”的空間站遙控機(jī)械臂系統(tǒng);其次是一個(gè)供2個(gè)加拿大小機(jī)器人進(jìn)行工作的平臺(tái);最后是一個(gè)裝有2只手臂的小型專(zhuān)用機(jī)械手。這3個(gè)部分既可單獨(dú)工作,也可以作為一個(gè)整體同時(shí)作業(yè)。長(zhǎng)約17米的巨型“加拿大臂2號(hào)”,由美國(guó)奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)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(guó)際空間站上;2002年5月,移動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)被成功安裝;2005年,小型專(zhuān)用機(jī)械手也被安裝到太空站上?！凹幽么蟊?號(hào)”這套機(jī)器人系統(tǒng)在空間站日常維護(hù)和修理中起著非常關(guān)鍵的作用?！凹幽么蟊?號(hào)”能運(yùn)125噸重的貨物,可沿主桁架遙控移動(dòng),以進(jìn)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(shè)備及補(bǔ)給才可以順利地從一處被轉(zhuǎn)移到另一處。此外,當(dāng)宇航員進(jìn)行艙外作業(yè),如修理及更換各種空間站設(shè)備時(shí),也都離不開(kāi)它的幫助。美國(guó)宇航員海姆斯上校在亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)上使用“加拿大臂2號(hào)”完成一次靈活的操縱演習(xí)后說(shuō)“我想告訴你們,加拿大人確實(shí)懂得制造了不起的硬件設(shè)備”。美國(guó)奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)太空驚魂美國(guó)宇航局歷史上曾擁有哥倫比亞號(hào)、挑戰(zhàn)者號(hào)、發(fā)現(xiàn)號(hào)、亞特蘭蒂斯號(hào)和奮進(jìn)號(hào)五架航天飛機(jī)。1986年挑戰(zhàn)者號(hào)從發(fā)射架上升空過(guò)程中突然爆炸;2003年,全世界與美國(guó)一起經(jīng)歷了哥倫比亞號(hào)失事的痛苦。哥倫比亞號(hào)隔熱瓦系統(tǒng)在升空時(shí)遭到從外掛燃料箱上脫落的一塊絕緣泡沫材料的高速?zèng)_擊,造成隔熱瓦破損。但是人們并未覺(jué)察這一小小的破損。在哥倫比亞號(hào)返回地球進(jìn)入大氣層時(shí),熾熱的氣體從隔熱瓦破損處進(jìn)入,造成了航天飛機(jī)突然在眾目睽睽下突然解體劇烈爆炸,機(jī)上7名宇航員瞬間全部遇難。挑戰(zhàn)者號(hào)和哥倫比亞號(hào)發(fā)生的意外對(duì)美國(guó)的航天飛機(jī)飛行計(jì)劃帶來(lái)了嚴(yán)重的沖擊,發(fā)現(xiàn)號(hào)、亞特蘭蒂斯號(hào)和奮進(jìn)號(hào)全部停飛檢查。北京時(shí)間2007年8月9日6時(shí)36分,奮進(jìn)號(hào)載著機(jī)組7名宇航員從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空,飛往空間站。這是奮進(jìn)號(hào)時(shí)隔近5年來(lái),首次執(zhí)行飛行任務(wù),也是美國(guó)航天飛機(jī)第22次飛往國(guó)際空間站。奮進(jìn)號(hào)這次飛行的主要任務(wù)是為空間站送去并安裝一個(gè)重達(dá)1.6噸的結(jié)構(gòu)組件,給空間站進(jìn)行物資補(bǔ)給和提供零部件等。8月10日,奮進(jìn)號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離飛行與空間站成功對(duì)接。8月8日,當(dāng)“奮進(jìn)”號(hào)距離空間站還有190米時(shí),奮進(jìn)號(hào)在太空中做了一個(gè)高難度的太空翻轉(zhuǎn),以使國(guó)際空間站的3名宇航員能給航天飛機(jī)的腹部和機(jī)翼拍照,以確認(rèn)它有沒(méi)有在起飛時(shí)受損。但令人不安的是,根據(jù)太空傳回的體檢影像,奮進(jìn)號(hào)腹部隔熱層發(fā)現(xiàn)了一個(gè)鑿槽。根據(jù)美國(guó)宇航局推測(cè),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(jìn)號(hào)外掛燃料箱上脫落的。這個(gè)鑿槽與5年前失事的哥倫比亞號(hào)的受傷情況非常相似。奮進(jìn)號(hào)能否帶傷安全返回地球,取決于擦傷處能否承受航天飛機(jī)返航時(shí)從新進(jìn)入大氣層產(chǎn)生的高溫。美國(guó)宇航局專(zhuān)家對(duì)類(lèi)似受損材料進(jìn)行模擬加熱實(shí)驗(yàn),以確定是否需要進(jìn)行艙外修補(bǔ),修復(fù)航天飛機(jī),希望哥倫比亞號(hào)的悲劇不要重演。經(jīng)過(guò)緊急測(cè)試、分析和考慮,美國(guó)宇航局認(rèn)為奮進(jìn)號(hào)的“傷口”不會(huì)造成飛行安全,在航天飛機(jī)返回地球的過(guò)程中不會(huì)因此受到嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性損傷,決定放棄高風(fēng)險(xiǎn)的太空行走修復(fù)。由于颶風(fēng)“迪安”可能襲擊美國(guó)、墨西哥灣沿岸,奮進(jìn)號(hào)提前一天離開(kāi)空間站,北京時(shí)間22日零時(shí)32分,奮進(jìn)號(hào)在佛羅里達(dá)肯尼迪航天中心安全著陸。肯尼迪航天中心當(dāng)天天氣晴好,美國(guó)宇航局一度擔(dān)心的陣雨和強(qiáng)側(cè)風(fēng)均未出現(xiàn)。美國(guó)東部時(shí)間21日11時(shí)25分,奮進(jìn)號(hào)啟動(dòng)軌道機(jī)動(dòng)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(shí)后,奮進(jìn)號(hào)穿云而出,在繼續(xù)滑翔了一段時(shí)間后,順利降落在航天中心的跑道上。加拿大機(jī)械臂為奮進(jìn)號(hào)排除險(xiǎn)情北京時(shí)間2007年8月12日6時(shí)45分,奮進(jìn)號(hào)機(jī)組兩名宇航員美國(guó)人里克·馬斯特拉基奧和來(lái)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(jié)構(gòu)組件。兩名宇航員把國(guó)際空間站外一個(gè)出問(wèn)題的陀螺儀卸下,然后將奮進(jìn)號(hào)帶來(lái)的新陀螺儀裝上。國(guó)際空間站的一個(gè)陀螺儀重達(dá)約280公斤,在太空環(huán)境下操作并不簡(jiǎn)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(gè)臨時(shí)貯存平臺(tái)上。然后,威廉斯在站內(nèi)同事操縱國(guó)際空間站上的加拿大機(jī)械臂,到奮進(jìn)號(hào)貨艙中將新陀螺儀取出,安裝到位。最后,兩人還把換下來(lái)的陀螺儀搬運(yùn)到指定位置,留待下一次航天飛機(jī)上天時(shí)把它運(yùn)回地球。兩名宇航員完成了長(zhǎng)達(dá)6小時(shí)28分鐘的太空行走,安全返回空間站內(nèi)。宇航員12日還用安裝在國(guó)際空間站上的加拿大機(jī)械臂檢查奮進(jìn)號(hào)出現(xiàn)異常情況的部分,測(cè)量破損的確切大小和深度,機(jī)械臂上的攝像機(jī)對(duì)奮進(jìn)號(hào)腹部的5個(gè)區(qū)域進(jìn)行了掃描。在哥倫比亞號(hào)失事后,美國(guó)發(fā)射航天飛機(jī),除了使用國(guó)際空間站上安裝的加拿大臂2號(hào)外,還會(huì)在航天飛機(jī)上安裝一個(gè)由加拿大研制的小型機(jī)械臂來(lái)檢查系統(tǒng),以避免再次發(fā)生象哥倫比亞號(hào)那樣的災(zāi)難,同時(shí),小型機(jī)械臂加上激光攝像機(jī)后能夠檢查航天飛機(jī)外殼在發(fā)射后是否存在微小的裂縫。這次安裝在奮進(jìn)號(hào)上的加拿大機(jī)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(jī)械臂還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大等特點(diǎn)。小型機(jī)械臂被安裝在航天飛機(jī)貨艙的兩側(cè),能夠在航天飛機(jī)進(jìn)入軌道飛行后進(jìn)行檢查工作,或者在與國(guó)際太空站對(duì)接后,借助安裝在國(guó)際太空站上的加拿大臂2號(hào)與航天飛機(jī)的小型加拿大機(jī)械臂連接在一起做進(jìn)一步的檢查。檢查加拿大機(jī)械臂的末端裝有三臺(tái)攝影機(jī),其中一臺(tái)是加拿大Neptec公司的三維攝影機(jī),一臺(tái)是加拿大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的紅外線激光攝影機(jī)和一臺(tái)較小的黑白攝影機(jī)。三維攝影機(jī)負(fù)責(zé)記錄精確的數(shù)據(jù),紅外線激光攝影機(jī)負(fù)責(zé)拍攝常規(guī)的視頻圖像,黑白攝影機(jī)則用來(lái)保證機(jī)械臂不會(huì)碰撞到任何東西。Neptec公司的三維攝影機(jī)不僅能夠拍攝下航天飛機(jī)外部的三維圖片,而且能立刻將數(shù)據(jù)發(fā)送到美國(guó)航空航天局的地面控制中心,再加上紅外線激光攝影機(jī)的數(shù)據(jù),地面人員就能夠確定是否需要宇航員進(jìn)行維護(hù)工作。新型加拿大機(jī)械臂使美國(guó)航天飛機(jī)更加安全。通過(guò)力拿大IMAX技術(shù)體驗(yàn)國(guó)際空間站美國(guó)宇航局與享譽(yù)全球的加拿大IMAX公司合作,由宇航員用IMAX攝像機(jī)在國(guó)際空間站實(shí)景拍攝了三維立體記錄片《國(guó)際空間站》。這部記錄片詳細(xì)介紹了空間站內(nèi)部的構(gòu)成和宇航員的生活工作情況,還介紹了巨型加拿大機(jī)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(yàn)國(guó)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(guó)西部的第一家球幕影院已經(jīng)在重慶少年宮開(kāi)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(jī)會(huì)去觀看加拿大機(jī)械臂,體驗(yàn)國(guó)際空間站上的精彩生活,感受三維影像世界帶來(lái)的視覺(jué)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?cái)[放著一只17米長(zhǎng)的白色手臂模型。這只手臂模型與國(guó)際空間站上正在使用的“加拿大臂2號(hào)”長(zhǎng)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(guó)際空間站維修工作。“加拿大臂2號(hào)”是加拿大的驕傲。在加拿大太空署的實(shí)驗(yàn)室、會(huì)議室、走廊