Rummanipulator: hvordan det fungerer

Evolution har givet mennesket utroligt perfekte manipulatorer - hans hænder. Med deres hjælp kan vi udføre mirakler. Tommelfingeren, i modsætning til resten, og fleksible led gør hænderne næsten til det perfekte værktøj. Det er ikke overraskende, at som en prototype for mange mekaniske strukturer, bruger en person sine egne hænder. Og rummanipulatorer er ingen undtagelse.

Der er ikke mange af dem. Det mest berømte (og nu bruges på ISS) mobile system er MSS, ofte kaldet Canadarm2, selvom Canadarm2 faktisk kun er et af dens elementer. Systemet blev udviklet af det canadiske firma MDA Space Missions, der blev bestilt af det canadiske rumfartsagentur, og var udviklingen af ​​en enklere Canadarm-enhed, der blev brugt på amerikanske skyttelbusser. I den nærmeste fremtid skulle et rivaliserende system, den europæiske robotarm (ERA), udviklet af specialister fra Det Europæiske Center for Rumforskning og Teknologi, med base i det hollandske Noordwijk, forlade stationen. Men først ting først.

15. juli 2001. Canadarm2-manipulatoren udfører den første officielle opgave som en del af ISS: den bringer det fælles gateway-rum “Quest” til det amerikanske modul “Unity” (mission STS-104).

Maple leaf

Den internationale rumstation blev taget i drift i 1998, og den 19. april 2001 satte det amerikanske skib STS-100 i gang med det med en last af ekstraordinær betydning. Besætningens hovedopgave var levering til ISS for fjernmanipulatoren SSRMS (Canadarm2) og dens installation. Systemet blev installeret med succes - det er blevet et globalt bidrag fra det canadiske agentur til opførelsen af ​​en international station. MSS-systemet består af tre hovedkomponenter: hovedmanipulatoren (SSRMS, også kendt som Canadarm2); en speciel manipulator (SPDM, alias Dextre) og et mobilservicebasessystem (MBS).

MBS er i det væsentlige den grundlæggende platform, hvorpå manipulatorer er installeret. Det udvider dækningsområdet for Canadarm2 markant. Når “armen” er monteret på MBS, får den en bevægelig base, der er i stand til at bevæge sig på stationens overflade på skinner med en hastighed på op til 2, 5 cm / s. Derudover kan der fastgøres vægte til MBS - således at man tager en belastning, manipulatoren kan "parkere" den på MBS og nå til en anden.

Hurtigt til stjernerne: kinesisk rumflåde

18. maj 2011. Under STS-134-overførslen overfører Canadarm Shuttle-manipulatoren last - transport- og opbevaringspallen til installation på orbitalstationen, til ISS Canadarm2-manipulator.

Hovedsystemmanipulatoren er faktisk en 17, 6 meter SSRMS udstyret med syv motoriserede samlinger. Dets egen vægt er 1800 kg, og den maksimale masse af den last, der er flyttet af manipulatoren, kan nå op på 116 ton (!). I fravær af tyngdekraft er dette imidlertid ikke så stort antal; det er primært begrænset af indflydelse fra inertielle kræfter.

Det mest interessante element i systemet er Dextre, en toarmet, næsten menneskelig formet teleskopmanipulator. Han optrådte på ISS meget senere - i 2008 med missionen STS-123. Udad ligner Dextre en 3, 5 meter hovedløs mand med 3, 35 m lange arme. Det er interessant, at den med den nedre del kan fastgøres til både MBS og Canadarm2, således at den udvides og muliggør mere følsomme operationer.

I enderne af Dextre's hænder er OTCM-mekanismer (ORU / værktøjsudskiftningsmekanismer) installeret med indbyggede kæber-gribere, et kamera og spotlights. Desuden har mekanismerne en sokkel til udskiftelige værktøjer, der er gemt i "bagagerummet".

2008 år. Visuel sammenligning: den nederste manipulator er SSRMS (Canadarm2), den øverste er japansk JEMRMS. At udføre en fælles opgave ligner mad med spisepinde.

Generelt giver kombinationen af ​​MBS, Canadarm2 og Dextre dig mulighed for at "dække" behovene for de fleste stationer - for at flytte belastninger i forskellige størrelser, dockmoduler, overføre astronauter fra punkt til punkt. For hver funktion bruges forskellige ”dyse” -værktøjer. Hovedkontrolpanelet er placeret på American Destiny-modulet, aktiveret i februar 2001, og det sekundære på European Cupola (installeret i 2010).

MSS klarer aflæsning, transport af astronauter under rumvandringer og docking af nye moduler. Men et manipulatorsystem er stadig ikke nok - især i betragtning af den gradvise vækst af ISS og fremkomsten af ​​stadig nye enheder og laboratorier. Derfor, til Kibo-modulet, der blev lanceret i 2008, udviklede japanerne deres egen manipulator, designet til lokale behov.

2008 år. Dextre-robotten (SPDM) er installeret på spidsen af ​​Canadarm2-manipulatoren - dette giver sidstnævnte mulighed for at udføre mere subtile opgaver, og førstnævnte kan udvide rækkevidden markant.

Rød cirkel

Alt er ganske enkelt: med en stigning i antallet af moduler ophører MBS simpelthen med at "nå" til forskellige ender af ISS. I nogle situationer er der desuden opbygget en hel kø til brug af et manipulatorsystem. Således har nye moduler til ganske beskedne laboratoriebehov brug for uafhængige hænder.

Det første tegn på dette område var JEMRMS-manipulatoren, hvor JEM er det japanske eksperimentmodul (japansk eksperimentelt modul), og RMS er Remote Manipulator System (administreret manipulatorsystem). JEMRMS er monteret over gatewayen til Kibo-modulet og giver dig mulighed for at indlæse eller indlæse udstyr.

JEMRMS består af to elementer - den vigtigste "arm" (Hovedarm, MA) og hjælpehjælpen, designet til delikat arbejde (Small Fine Arm, SFA). Den lille “arm” er indstillet til den store - ligesom Dextre kan være en fortsættelse af Canadarm2. Faktisk er den japanske manipulator en reduceret og forenklet variation om emnet MSS, styres fra et lokalt modul og udfører opgaver inden for dets begrænsede behov.

Tolv stjerner

At dømme efter de nye tendenser om 10-15 år vil ISS "vokse" med små manipulatorer, som pindsvin-nåle. Desuden vil hver af dem reducere den samlede rolle som den originale Canadarm2, hvilket skaber sund konkurrence. Især vinteren 2013–2014 (starten er allerede blevet udsat flere gange, en ny dato er indstillet til december), flyver et andet modul, ”besat” af manipulatoren, til stationen.

2013 år. På grund af det faktum, at ERA-manipulatoren stadig kun findes under laboratoriebetingelser, får kunstnere fuldstændig handlefrihed. Tegningen viser en ERA, der understøtter en astronaut (og ikke en astronaut! —Modulet er russisk), mens han arbejder i det ydre rum.

Denne gang vil modulet være russisk - det er et multifunktionelt laboratoriekompleks "Videnskab" og manipulatoren - europæisk. "Arm" ERA (European Robotic Arm) blev oprettet i forskningscentret for Det Europæiske Rumagentur i den hollandske by Noordwijk. Dusinvis af ingeniører fra hele verden arbejdede på roboten.

Med ERA kan du flytte små belastninger (vejer op til 8 ton) ind og ud af modulet. Derudover er manipulatoren tilpasset til at bære og holde astronauter under eksternt arbejde, hvilket alvorligt vil spare tid, når du bevæger sig i det ydre rum. Det er meget lettere at blive kastet med det samme ved hjælp af en manipulator end at krybe langs moduloverfladen i lang tid og præcist. I sin oprindelige konfiguration fik ERA tilnavnet "Charlie Chaplin" for den karakteristiske form af "kroppen", når den foldes.

ERA skematisk

Det er interessant, at på overfladen af ​​modulet vil der være flere fastgørelser til manipulatoren, og "armen" er "dobbeltsidet", det vil sige det er symmetrisk, i begge ender er der stikdåser, der kan tjene til at installere værktøjer, eller som kan arbejde med fastgørelseselementer. Derfor skal ERA ikke fastgøres ét sted. Det kan uafhængigt "flytte" til et andet sted, først fikse den ene ende der og derefter løsne den anden fra det originale installationspunkt. I det væsentlige kan ERA gå.

Manipulatoren har tre segmenter. I midten er der en albueled, der arbejder i et plan, og i enderne er der en kombination af "samlinger", der kan ændre positionen af ​​"armen" i forskellige plan. Den samlede længde af manipulatoren i den udvidede form er 11 m, medens nøjagtigheden af ​​at placere genstanden er 5 mm.

Hammer og sigd

Jeg må sige, at manipulatorerne på den internationale rumstation har en historie, der strækker sig ind i fortiden, da der ikke var noget ISS. Canadarm2 er især udviklet på baggrund af teknologier, der er testet på en anden manipulator - Canadarm. Det blev oprettet i slutningen af ​​1970'erne og gik først ud i rummet i 1981 på rumfærgen Columbia (mission STS-2).

Det var en 15 meter stor "arm" med seks frihedsgrader. Det var ved hjælp af Canadarm - allerede inden fremkomsten af ​​mere avancerede systemer - blev hele ISS-basen monteret, Hubble-teleskopet samlet, osv. I mange år var Canadarm ikke bare det vigtigste, men den eneste rummanipulator med flere segmenter, det vil sige bygget på den menneskelige hånds princip. . Den sidste mission, hvor den blev brugt, var STS-135 i juli 2011; i dag kan det kun ses på museet. For eksempel gemmes en kopi fra rumfærgen Endeavour i det canadiske luftfartsmuseum i Ottawa.

Men spørgsmålet er. I dag samarbejder Rusland aktivt med andre stater inden for rumforskning. Og hvilke manipulatorer blev for eksempel brugt på Mir-stationen? I 1990'erne var det netop "Canadarms", da i 1994 blev det fælles russisk-amerikanske program "Shuttle" lanceret. Og før det var de vigtigste operationelle enheder i verden Strela-kranerne (GST).

I dag bruges to Strela-kraner i det russiske ISS-segment. I design adskiller de sig grundlæggende fra segmentmanipulatorer - dette er en 15 meter teleskopstruktur. Det kan trække sig sammen og rotere, men har betydeligt mindre frihedsgrader end Canadarm eller ERA. Derudover var hver af ”World” -modulerne udstyret med en robotarm med et greb - noget som en lille segmentløs kranmanipulator. De blev primært brugt til installation af nye stationmoduler.

1988 år. Manipulator "Stork" på et stativ, der simulerer vægtløshed. Installation af manipulator på styrbordssiden af ​​Buran simuleres, ved samlingerne er enheden ophængt på specielle knudepunkter.

For "Buran" ved det centrale forsknings- og udviklingsinstitut for robotik og teknisk cybernetik blev den sovjetiske analog "Kanadarma" imidlertid manipuleret "Stork", der engang blev udviklet. Ved design adskiller det sig praktisk talt ikke fra Canadarm - de samme seks frihedsgrader, to lette kulfiberforbindelser (“skulder” og “albue”). Men "Stork", helt teknisk perfekt, var ikke heldig.

Buran-programmet blev suspenderet efter kun en testflyvning, hvor manipulatoren ikke blev installeret. "Storke" blev aldrig brugt i rummet; Derudover tjente deres resultater ikke engang verdens behov og ISS. Som et resultat blev denne manipulator med succes testet på standen, men forblev et af de store uafsluttede projekter i den sovjetiske æra.

håndarbejde

Systematisering af informationen kan vi konkludere, at med en stigning i antallet af lande, der deltager i ISS, vil forskellige manipulatorer også vokse. Først lykkedes de et "Canada" (og "Strela" om "Verden"), derefter krævede ISS et udvidet system - Canadarm2 og Dextre dukkede op. Nu kræver hvert nyt modul sit eget lastsystem - det er sådan, JEMRMS og ERA blev udviklet. Over tid vil det russiske segment også være nødt til at gøre sin egen udvikling, især da der er teknologier, der er oprettet og testet for Stork.

Og hvis Kina implementerer sit storslåede program “Tiangong” (“Sky Hall”), vil rækker af rummanipulatorer i de kommende år blive fyldt med et betydeligt antal kinesiske modeller. Imidlertid lyder mærket "Made in China" i dag ret stolt, især når det kommer til rumteknologi.

Artiklen "Kosmiske hænder" blev offentliggjort i tidsskriftet "Popular Mechanics" (nr. 10, oktober 2013). Jeg spekulerer på, hvordan en atomreaktor fungerer, og kan robotter bygge et hus?

Alt om nye teknologier og opfindelser! OK Jeg accepterer reglerne på siden Tak. Vi har sendt en bekræftelses-e-mail til din e-mail.

Anbefalet

Hvorfor blåhvaler er blevet de største dyr på jorden: en ny teori
2019
Identificerede de mest hajfarlige steder på planeten
2019
Et killer sort hul lurer i Mælkevejen
2019