《星际穿越》旋转对接确有发生，中国“神臂”助力建设“太空城”

　　在长征7号火箭首射的载荷中，遨龙一号太空垃圾清理飞行器可谓吸引了诸多目光。不过从实际发展应用角度上来讲，遨龙一号的亮点并不是所谓的“捕获或摧毁敌方卫星”，而是中国首个太空机械臂。对于轨道及自旋并不确定且质量很大的他国卫星，盲目的捕捉只会两败俱伤，更不用说与其用捕捉再改变目标卫星轨道进入大气层烧毁这套复杂的“反卫星战术”，还不如直接撞毁目标卫星来的方便。遨龙一号机械臂的真正意义，还要从太空轨道对接说起。

　　▲遨龙一号太空垃圾清理飞行器

　　在电影星际穿越里，库珀利用登陆艇自旋强行和因爆炸而失控自旋的永恒号对接的场景可谓全片的高潮，汉斯季默的“No Time for Caution”配乐更把此景刻入每个观众心中。不过很多人可能不知道，库珀老司机一般的技巧在现实中曾真实发生过，那便是联盟T-13飞船对礼炮7号空间站的“强行插入”。

　　▲礼炮7号空间站

　　1985年2月11日礼炮7号空间站和地面的通信中断，苏联于是在同年6月6日发射联盟T-13飞船前往修复。不过当指挥官弗拉迪米尔·扎尼别科夫准备与礼炮7号对接时，他却惊讶地发现礼炮7号的Igla（针头）自动对接系统早已失效，且其正在逐渐降低轨道并不受控地自旋。

　　▲老司机扎尼别科夫

　　不过扎尼别科夫并没有放弃，在确认空间站没有破损后，他决定强行对接。T-13移动到礼炮7号的前段隔舱前，扎尼别科夫一边用其余两名宇航员通过手持激光测距仪获得的数据对飞船位置进行微操，一边控制着T-13的自旋以匹配礼炮7号的旋转。待T-13和礼炮7号相对静止后，扎尼别科夫终于将SSVP对接系统的撞针强行插入了空间站。

　　▲联盟T-13强行对接图解

　　礼炮7号的维修可谓在老司机扎尼别科夫的神级操纵下化险为夷，不过也暴露出了Igla系统的诸多问题。苏联随后升级了更为精密的Kypc（航向）自动对接装置为后续联盟载人飞船和进步货运飞船使用，和Igla相比Kypc有更多的天线发射无线电波，飞船通过所接收到的细微电波强度差来计算相对位置，相对速度，高度，自旋等以完成自动对接。

　　▲正在用Kypc自动对接的进步M-13货运飞船，

　　可以看到飞船前段向两侧伸出的诸多天线

　　和对应的空间站天线

　　同时作为Kypc的人工备份，后续的俄罗斯联邦航天局在联盟和进步上安装了名为TORU的人工对接系统。然而讽刺的是，正是作为后备的TORU系统，造成了有史以来最严重的空间站事故。

　　▲TORU手动对接系统，可以看到宇航员

　　左右的两个负责控制飞船的操纵杆

　　1997年6月24日，刚送货完毕的进步号M-34飞船与和平号空间站分离，并在6月25日再次以人工方式进行对接，以测试完善TORU系统。然而格林尼治标准时间25日09点18分，尚在宇航员瓦西里·齐布利耶夫操纵下的M-34突然失控与和平号的“光谱”模组相撞，剧烈的碰撞损坏了“光谱”的太阳能电池板并破坏了M-34和“光谱”模组的外壳，导致和平号开始迅速减压。

　　▲相撞后的“光谱”模组

　　▲受损的太阳能电池板

　　和平号EO-24任务的另两名宇航员阿纳托利·索洛维约夫和迈克尔·福阿莱立刻逃出“光谱”模组，关闭舱门并切断了所有与“光谱”模组链接的电缆，终于稳定了空间站的整体气压。此次碰撞造成和平号空间站损失近一半的电力，“光谱”模组永久性报废，以及福阿莱丢失了所有放置在“光谱”内的个人物品和实验用具。

　　▲和平号空间站一览，M-34相撞事故后“光谱”（Spektr）

　　模组内部设施彻底报废，仅能使用维修后的太阳能电池板

　　幸运的是，在三名宇航员的快速反应和后续紧急维修下，和平号得以继续在轨运行并撑到了9月26日前来救援的亚特兰蒂斯号航天飞机（STS-86）。尽管如此，进步号M-34碰撞事故还是成了压死早已被各类故障缠身的和平号空间站的最后一根稻草。对和平号安全性的担忧让NASA，欧洲航天局等纷纷把资金转移到国际空间站上，和平号最终化成了天空中的无数颗流星。

　　▲前来救援的亚特兰蒂斯号航天飞机

　　显然传统的对接模式无法满足建造复杂大型太空设施所需的大量高效且安全的轨道对接，国际空间站的建造及维修需要全新的系统。加拿大航天局设计建造的“移动维修系统”（MSS）应运而生，当然此套由远距离机械手（SSRMS）, 移动基座系统（MBS）和专用灵巧机械手（SPDM）所组成的系统有一个更为人熟知的名字：加拿大臂-2

　　▲在移动基座系统（MBS）上的远距离机械手(SSRMS)，

　　俗称的加拿大臂-2其实只是SSRMS的昵称

　　▲用以辅助宇航员出舱作业及日常维修

　　补给作业的专用灵巧机械手（SPDM）

　　早在1969年是加拿大航天局便受NASA邀请加入了航天飞机项目，为航天飞机研制和建造遥控机械臂，用以部署、移动和捕获运载物。加拿大臂长15.2米，直径38厘米，重450千克，有6个可活动关节，初期型号最大载重332.5千克，后续升级型号最大载重3293千克。航天飞机除了用此“手臂”部署和回收卫星外，还用以捕捉哈勃太空望远镜以便维修，可以说航天飞机的成功，离不开这5个编号分别为201,202,301,302和303的机械臂。

　　▲哈勃太空望远镜和

　　奋进号航天飞机的“得力臂膀”

　　而在加拿大臂基础上开发的MSS可谓把太空机械臂发挥到了极致。加拿大臂-2（SSRMS）有7个可活动关节，总长17.6米，总重1,800 公斤，直径35厘米，最大负荷116,000千克，可像蠕虫一样点对点地移动至空间站不同部位，或利用安装在空间站综合衍架结构上的移动基座系统（MBS）进行快速移动。

　　▲加拿大臂-2

　　加拿大臂-2不仅能为空间站安装各类型组件，还可帮助航天飞机，龙飞船，天鹅座飞船，HTV和ATV飞船安全对接国际空间站。有趣的是虽然加拿大臂-2在宇宙中四两拨千斤无所不能，其电动马达在地球上却连加拿大臂-2自身的重量都无法支撑。

　　▲宇航员和加拿大臂-2

　　▲HTV飞船和加拿大臂-2

　　▲龙飞船和加拿大臂-2

　　和使用矢量喷口微调飞船的直接对接方式相比，机械臂对接让飞船和空间站在安全距离上先由机械臂建立物理连接，进而在更为可控的情况下完成对接。同时机械臂的捕捉能力也大幅度简化了飞船运送的部件卸货工作，加拿大臂和加拿大臂-2的部件交接更被媒体冠以“加拿大握手”的称号。

　　▲“加拿大握手”

　　正如航天飞机的成功离不开加拿大臂一样，国际空间站的建造与维修同样离不开加拿大臂-2。两套太空机械臂不仅为加拿大航天局在国际空间站的建造和使用上赢得了一席之地，更是所有加拿大人的骄傲。

　　▲加拿大所有太空机械臂装置合影

　　▲加拿大5元纸币背面印

　　着国际空间站的移动维修系统

　　中国现阶段的空间站天宫一号尚为单舱空间站，飞船直接对接即可，更无继续建造需求，因此并不需要太空机械臂。然而对于更大更复杂的天宫二号，乃至未来的天宫三号，四号，太空机械臂的重要性自然不言而喻。遨龙一号作为一款太空垃圾清理飞行器，其携带的用以捕捉太空垃圾的小型机械臂自然无法同加拿大臂相提并论，但“中国臂”的诞生说明中国具有自行研制并建造太空机械臂的能力，为后续更大更复杂空间站的建造铺平了道路。

　　▲“中国臂”模型

　　▲“中国臂”想象图

　　希望有一天，中国的天宫空间站能在“中国臂”的协力下，建成一座翱翔于天际的太空城。

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