“百变金刚”机械臂
“爸爸，今天同学们在讨论空间站的机械臂，都说它是神奇的“百变金刚”。它究竟神奇在哪儿呢？”小航在放学回家的路上问爸爸。
“空间站核心舱的机械臂展开长度为10.2米，能承载25 吨的重量，是空间站的‘大力士’。”爸爸边走边说。
“这个大力士都能做什么呢？协助航天员出舱？把航天员举起来？”小航问。
机械臂辅助航天员出舱活动
“它的功能可太多了。除了协助航天员出舱活动，在天宫空间站和飞船对接与分离阶段，它还可以协助对接与分离，还要负责舱段转位、舱外货物搬运、舱外状态检查、舱外大型设备维护等任务，是航天员的‘好帮手’。这个大力士如同人的手臂一般灵活，它的肩部设置了3个关节，肘部设置了1个关节，腕部设置了3个关节，一共7个关节。这是一种仿生的设计，因为我们人从肩到手就有7个可弯曲自由度。通过各关节的联合运动，机械臂可以借助空间站舱段上分布的多个接口实现爬行功能，从而大大扩展了工作范围。”爸爸作了解答。
“好神奇啊，爸爸，我看实验舱还有个小机械臂，小机械臂有什么用呢？”小航问。
“实验舱机械臂的长度比核心舱机械臂要短很多，只有5米长。可用于实验舱暴露载荷平台照料，也支持航天员的舱外活动，同时它还能与核心舱主机械臂对接形成超大机械臂。”爸爸说。
“爸爸，这么说，我们的天宫空间站就有了一个超长的自拍杆啊。”小航说。
天和核心舱机械臂与实验舱机械臂级联组合
“嘿嘿，你这个比喻也很合适。机械臂的其中一个功能就是通过顶端的摄像头观察空间站表面情况。自拍当然没问题。”爸爸笑着说，“另外，机械臂末端抓手不仅能舱体爬行，还能捕获航天器。比如，当不久之后与空间站共轨飞行的巡天望远镜需要进行维护、部件替换等工作时，机械臂便可以将它抓过来，使其与空间站进行对接，以便航天员对其进行检查、维护。当然，机械臂也可以抓取太空中的其他飞行器或者人造卫星。”
“爸爸，舱段转位是什么意思？”小航问。
机械臂转位天舟二号货运飞船
“舱段转位用大白话说就是太空搬家。机械臂首次转位货运飞船的实验于2022年1月6日凌晨进行。在转位过程中，机械臂需要爬行到节点舱附近的停泊口，捕获天舟二号的适配器；天舟二号货运飞船与天和核心舱解锁分离后，在机械臂拖动下以核心舱节点舱球心为圆心进行平面转位，此时机械臂的一端连接核心舱，另一端连接天舟二号，很像一根扁担挑着两头大象，对机械臂的负载能力是很大的考验；然后，反向操作，再回来进行交会对接，直至货运飞船与核心舱重新锁紧。那一次机械臂转位货运飞船试验全过程约47分钟，取得了圆满成功。”爸爸说。
“爸爸，飞船不是都可以和空间站自动交会对接吗？为什么还需要通过机械臂转位呢？”小航问。
“这个问题问得好！我们都知道，庞大的天宫空间站并不是在地球上组装好一次发射成型的，而是需要通过多次发射，在太空中组装而成。2022年1月6日凌晨，机械臂执行天舟二号货运飞船转位试验的时候，两个实验舱还没有发射升空。两个实验舱都很大，都需要先对接到前向对接口。发射实验舱Ⅰ时会先将其对接到前向对接口，等实验舱Ⅱ发射升空的时候，实验舱Ⅰ要把这个位置让出来，所以就需要机械臂帮助转位了。所以啊，舱段转位功能是空间站建造必须要突破的一项技术。”爸爸解释说。
“我明白了，这真的是名副其实的‘太空搬家’啊。”小航说。
机械臂是“太空巧手”，它本身实际上是一个智能机器人。最著名的机械臂就是加拿大为国际空间站研制的加拿大臂2号。它长17.6米，总质量1.8 吨，最大负荷超过116 吨，有7个自由度，具备舱体表面爬行功能。除了加拿大的机械臂，国际空间站还有俄罗斯、日本和欧空局的机械臂，但它们的尺寸都比加拿大臂2号小。
航天员站在国际空间站加拿大机械臂上进行出舱活动
太空机械臂看似灵活，但是它的移动速度实在让人不敢恭维。太空机械臂可不像工厂流水线上的机械手那样忙忙碌碌，它更像乌龟爬行。如果小朋友看过《疯狂动物城》，一定会记得里面有一只树懒“闪电”，它的一举一动像是电影慢动作，慢吞吞的样子惹人捧腹。太空机械臂就很像这只树懒。比如加拿大臂2号一般每秒移动2.5 厘米，当它需要横向去“捕捉”飞船的时候，角速度更慢。
和其他国家的机械臂相比，我国空间站机械臂操控精度、负载自重比和扩展性等指标均属于世界领先水平。空间站机械臂是我国目前智能程度最高、规模与技术难度最大、构造最复杂的空间智能制造系统。值得一提的是，机械臂的全部核心部件都实现了国产化。
加拿大臂2号抓取货运龙飞船