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神舟十三号航天员成功出舱!水下训练机械臂控制系统由南航团队参研

现代快报讯(通讯员 王伟 柯龙婕旻 记者 舒越)神舟十三号航天员乘组于 11 月 7 日成功执行首次出舱活动。航天员翟志刚、航天员王亚平身着我国新一代 " 飞天 " 舱外航天服,先后从天和核心舱节点舱成功出舱。

两名出舱航天员要在机械臂支持下,配合开展机械臂悬挂装置与转接件安装和舱外典型动作测试等作业。期间,在舱内的航天员叶光富配合支持两名出舱航天员开展舱外操作。

△ 水下作业场景

据了解,航天员出舱牵涉到多个层面,是航天科技实力的综合呈现。这背后凝结了众多科研人员的智慧和心血,其中,南京航空航天大学科研团队参与研制的 " 水下机械臂及其智能控制系统 " 提供了重要技术保障。

△ 临时水池

应航天员中心、上海宇航系统工程研究所委托,南航机电学院张得礼副教授领衔课题组(以下简称课题组),参与研制" 水下机械臂及其智能控制系统 ",该系统逼真地模拟了空间站出舱活动的机械臂转运以及定点作业支持工况,是出舱活动任务工程实验验证和航天员训练的重要保障。

在航天员中心总体单位指导下,上海宇航系统工程研究所联合课题组经过技术途径仿真验证、总体方案设计、工程实施、调试联试以及试运行,创新性研制出了国内首台 10 米级水下大作业空间、高可靠性、高安全性水下机械臂。

△ 人机交互操作控制系统

其中,课题组面向模拟失重环境的中性浮力水槽航天员训练任务,开展了水下机械臂控制系统、人机交互系统以及供配电支持系统的学术研究与工程研制。据介绍,课题组研制的内容作为整系统核心指挥枢纽。突破了基于多传感融合和基于优化算法的水下路径规划技术、水下机械臂人机交互控制技术、虚拟孪生的大尺寸空间碰撞检测预测技术、水下安全监控技术等,有力保障了整系统的可靠、高效运行,是水下机器人控制技术在载人航天模拟失重训练应用的一次突破。

课题组接到任务时,离产品交付时间只有 10 个月。设备涉及结构、软件、硬件、关键算法、人机工程、水下安全等多方面的技术,时间紧,任务重,疫情的影响更给研制工作增加了不小的难度。

为获得水下试验的条件,课题组搭建临时水池,进行关键部件的静、动密封和重力配比水下试验,并租用上海交通大学的海洋实验水池进行集成测试。在有限的经费条件下,租用时间仅有一周。一周时间,需要完成所有指标的验证,团队每天工作到凌晨 2-3 点,一天只睡 2-3 个小时。

项目研制过程中,课题组在第一现场见证了航天员中心、上海宇航系统工程研究所等载人航天大军队伍 " 特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献 " 的载人航天精神,备受激励和启迪。航天员敢为人先执着训练的场景,也更让课题组甘于沉下心来狠下行动,攻坚的信心越发扎实。

谈及未来的研究计划,张得礼介绍,课题组瞄准空间站长期运营期间出舱活动水下工程验证以及航天员训练的需要,将继续深入探讨研究相关技术、扩展应用需求、优化人机控制系统,为载人航天任务再立新功。

(南航供图 编辑 高霞)

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