头尾互换舱体爬行！解码天宫空间站机械臂，双臂合体炫舞太空
预计再有一个多月天宫空间站天和一号核心舱就将搭乘长征五号乙遥二运载火箭升空，载人航天工程由此正式进入空间站时代。天和一号核心舱、问天号实验舱Ⅰ、梦天号实验舱Ⅱ将构成天宫空间站基本构型，加上载人飞船、货运飞船，以及后续巡天光学望远镜，空间站一期工程最大规模可达百吨级。
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天宫空间站今年执行的发射任务属于关键技术验证阶段，分别安排了天和一号核心舱、天舟二号货运飞船、神舟十二号载人飞船、天舟三号货运飞船、神舟十三号载人飞船，总计5次发射任务。完成关键技术验证阶段任务后明年天宫空间站将直接转入在轨建造阶段，问天号实验舱Ⅰ、梦天号实验舱Ⅱ先后发射升空与天和一号核心舱对接，两座实验舱的目标对接位置是核心舱前端节点舱的二四象限，也就是说要对称布置在节点舱两侧停泊对接口。
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两座实验舱与核心舱一样都是20吨级大型舱段，前者无法与后者的侧向停泊对接口直接对接，这是为什么呢？直接对接就意味着实验舱需要开启姿轨控动力系统，进行有动力对接，由于侧向对接不是轴向对接，组合体质心极难调控，轻则空间站姿态失稳，重则空间站结构严重损伤，这都是无法接受的后果。解决大质量舱段在轨组装的关键装备是机械臂，问天号实验舱Ⅰ先行与天和一号核心舱节点舱轴向对接口对接，此一环节空间站组合体质心易调控，尔后由转位机械臂将问天实验舱Ⅰ分离转移至节点舱侧向停泊口对接。
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在天宫空间站早期设计阶段曾计划使用核心舱大型机械臂进行转位组装，那么为什么最终没有选择这一方案呢？首先要知道天宫空间站应用的是异体同构周边式对接装置，此类装置有较好的对接精度容错机制，因此会产生较大的撞击能量，就好比饮料瓶的盖子如果旋拧方向不正就很难拧紧，但可以通过更大的力道使之归正，进而拧紧，异体同构周边对接装置也是同样的逻辑，如果对接有误差就需要更大的推力使之归正。
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机械臂对接精度越高，对推力要求越低，反之亦然。天宫空间站两个实验舱发射质量均超过20吨，规模超过了当前国际空间站任一舱段，大型机械臂由于臂杆长且自由度较多，对接精度显然不如结构更加简单的“转位机械臂”，这就对机械臂推力提出了更高要求。即便是当前世界最大承载力的国际空间站遥控操作器系统在控制百吨级航天飞机轨道器进行对接时，其最终的对接推力也并非来自机械臂，而是航天飞机轨道器自身的姿控动力。
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天宫空间站实验舱对接任务最终选择转位机械臂的核心原因就是控制精度更高，可以大幅度降低异体同构周边对接装置的推力负荷，且转位机械臂结构简单工况可靠性也更高，对于要求万无一失的在轨组装任务而言是再合适不过了。
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转位机械臂由转臂与基座两部分组成，转臂安装在实验舱对接面，由肩关节、转臂、腕关节组成，基座则安装在核心舱节点舱两侧，二者通过锥形捕获机构连接。通过腕关节可实现实验舱与核心舱之间的相对转动，肩关节则可实现实验舱与转臂之间的相对转动。
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问天号实验舱Ⅰ与梦天号实验舱Ⅱ完成转位对接任务后转位机械臂也就完成了自己的历史使命，此时天宫空间站也可以宣告在轨建造任务完成。接下来天宫空间站就将转入常态化在轨运营阶段，此后另外两个机械臂将发挥作用。在空间站全寿命周期发挥作用的是“远程机械臂系统”，系统架构分为天上系统与地面系统两大部分。
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地面系统主要承担遥操作职能，可以减轻航天员天上工作强度负荷，由地面控制机械臂工作。天上系统分为舱内部分与舱外部分，舱内部分有在轨操作平台，由航天员控制机械臂工作。舱外部分则包括锁紧释放机构、机械臂本体、目标适配器三部分。远程机械臂系统执行机构由核心舱机械臂与问天号实验舱Ⅰ机械臂组成，核心舱机械臂长约10米，质量738公斤，承载能力25吨，负载自重比、操控精度等指标均达到世界领先水平，且全部核心部件实现国产化。由于要在空间站全寿命周期服役，因此对部件可靠性要求更高，例如电机系统就进行了上亿转验证测试。
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