微型航天器+Wi-Fi:
盡可能舒適靈活
航天員出艙活動身著的艙外航天服其實是一種微型載人航天器,它既能滿足航天員生命保障需求,又能實現(xiàn)艙外移動。此次用來執(zhí)行出艙任務(wù)的艙外航天服高約2米,航天服頭盔上配有攝像機(jī),可全程記錄航天員艙外操作過程。新一代艙外航天服實現(xiàn)了供氧和溫度、壓力控制,減輕了航天員艙外活動的負(fù)擔(dān),使其活動范圍更廣、更靈活。
此外,航天員在進(jìn)駐核心艙的第二天就建立起艙上Wi-Fi環(huán)境,便于天地通信和數(shù)據(jù)傳輸。以空間站為中心,半徑40米范圍內(nèi)都可實現(xiàn)共享網(wǎng)絡(luò)。因此,艙外航天員的視頻畫面、話音通話、生理參數(shù)等數(shù)據(jù)都可以實時傳輸?shù)脚搩?nèi)和地面,減少了繁瑣的有線設(shè)備,航天員行動更靈活。
空間站天和核心艙長16.6米,艙內(nèi)空間達(dá)50立方米。在艙外,航天員處于失重狀態(tài),再加上艙外航天服的加壓,活動起來十分不便。為此,科研人員研制了專用“坐騎”——空間機(jī)械臂,讓航天員省去攀爬動作,節(jié)省體力。
空間機(jī)械臂展開長約10.5米,有一個“大腦”——中央控制器、兩只“腳(手)”——末端執(zhí)行器,還有7個關(guān)節(jié)和7個自由度。在核心艙表面,有很多凹進(jìn)去的小圓圈,這是目標(biāo)適配器,也是機(jī)械臂落“腳”的地方。行走時,機(jī)械臂一只“腳”踩在目標(biāo)適配器上,另一只“腳”向前移動,踩上另一個目標(biāo)適配器后,前一只“腳”再移動。
兩個末端執(zhí)行器互為“手腳”,腕部和“手腳”位置都有攝像機(jī),在爬行過程中可對艙外的散熱裝置、對接機(jī)構(gòu)、太陽翻板進(jìn)行拍照,對艙表狀態(tài)進(jìn)行巡檢、監(jiān)視。將腳限位器裝至機(jī)械臂上方,艙外航天員可通過踮腳、左右腳用力實現(xiàn)前后、左右傾斜,站在上方借助機(jī)械臂到達(dá)指定位置。
除了監(jiān)視艙表狀態(tài)、幫助艙外航天員移動外,空間機(jī)械臂還可以捕獲靠近的航天器、搬運艙外貨物、組裝和維修艙外設(shè)備,是目前我國智能程度最高的空間智能制造系統(tǒng)。
距地面400千米處,神舟十二號飛船、空間站天和核心艙和天舟二號貨運飛船在茫茫太空中飛行,攝像機(jī)成為地面工作人員唯一的“眼睛”。300攝氏度左右的溫差、真空失重、強(qiáng)輻射環(huán)境使太空生存充滿危機(jī),24小時不間斷監(jiān)視將在必要時刻為航天員贏得一線生機(jī)。因此,太空“眼睛”顯得尤為重要。
在航天員出艙活動中,除了艙外航天服自帶的攝像機(jī)之外,空間站天和核心艙也配備了多種攝像機(jī),確保航天員無論何時、身處何處都能被“看”到。在出艙過程中,就有3種攝像機(jī)充當(dāng)?shù)孛婀ぷ魅藛T的太空“眼睛”——節(jié)點艙高清攝像機(jī)、艙外定向攝像機(jī)和安裝在小柱段的全景攝像機(jī)。
這三類攝像機(jī)均具備1080p或以上分辨率的高清監(jiān)視功能。節(jié)點艙高清攝像機(jī)可以看到航天員從艙內(nèi)到艙外的行走過程。被稱為“四只眼”的全景攝像機(jī)水平方向有4個鏡頭,可以水平360度、垂直100度全景成像,并實時拼接輸出視頻畫面,可以觀察到航天員剛出艙時的狀態(tài)。
有一種唯美叫“陪你看日出日落”,在太空中,航天員一天可以目睹16次這種唯美畫面。但對全景攝像機(jī)來說,這未必是件好事,因為太陽很可能頻繁進(jìn)入全景攝像機(jī)的視場,使畫面過度曝光。于是,航天科學(xué)家設(shè)計了一種自動曝光算法,以適應(yīng)不同場景的光線變化。
核心艙共配有4臺全景攝像機(jī),機(jī)械臂轉(zhuǎn)移航天員的過程,地面可通過全景攝像機(jī)實時監(jiān)測。此外,艙外照明設(shè)施、攀爬扶手分布也都經(jīng)過了精心設(shè)計。可以說,你能想到的、想不到的,科研人員都想到了,畢竟這場太空行走不僅僅是三名航天員的戰(zhàn)場,更是成千上萬名航天科研工作者的戰(zhàn)場。
發(fā)明與創(chuàng)新·中學(xué)生2021年11期