美国第47号外太空活动是人类2018年进行的第一次太空行走，由两名宇航员进行，已经顺利完成并载入史册。恭喜宇航员们！
2017年10月，宇航员离开国际空间站进行太空行走，更换闭锁末端效应器A。
美国第47号外太空活动是人类2018年进行的第一次太空行走，由两名宇航员进行，已经顺利完成并载入史册。宇航员在这次太空行走活动中，共计进行了长达约7.5小时的外太空活动，更换了安装于国际空间站加拿大太空机械臂2号上，正在老化的闭锁末端效应器。
加拿大太空机械臂是加拿大向美国国家航空航天局（NASA）提供的4个机械臂中的一个，这个新一代的加拿大太空机械臂2号于2001年被安装在国际空间站上。该机械臂具有定位功能，能够通过不同形势手爪的使用，完成对航天器舱内和舱外不同目标的拾取、搬运、定位和释放。能够通过在轨自主操作与遥控操作相结合的技术，实现空间站或其它轨道器内部的无人情况下的复杂试验动作；航天员可以利用它进行舱内外的抓取、搬运、维修等操作，机械臂还能作为航天员或大型构件的支撑，协助航天员完成在轨建设或项目维修。
因为该机械臂是由加拿大研发制造的，因此被命名为加拿大太空机械臂。空间站建设是一个复杂的大系统工程，在建设过程中要求有搬运能力强的空间大型机械臂，实现目标飞行器和机械臂之间的数据传输，并能够提供航天员出舱活动的平台。针对上述要求，末端效应器无疑是最合适的方案。锁合末端效应器作为大型空间站机械臂的一部分，包括捕获机构、拉紧机构和锁合机构，主要完成对目标飞行器的捕获、抓取及释放等任务。锁合末端效应器具有结构简单、兼容性好、在轨寿命长、可靠性高和相互性好等优点。
加拿大太空机械臂是加拿大向美国国家航空航天局提供了的机械臂，新一代的加拿大太空机械臂2号于2001年被安装在国际空间站上。
加拿大太空机械臂2号长度为17米，两端都安装有锁合末端效应器，该效应器能够固定空间站的外部、在空间站的外部位置移动各类物体、抓取靠港的宇宙飞船。
加拿大太空机械臂于2001年通过“奋进号”航天飞机实施的第100次太空运输系统任务发射升空，按照设计方案的要求，该机械臂能够在空间轨道中进行维修和保养。因此，宇航员于2015年通过数次太空行走，对加拿大太空机械臂2号的闭锁末端效应器A及闭锁末端效应器B进行了润滑操作，延长了国际空间站机器人机械臂的使用寿命。
装于加拿大太空机械臂2号的锁合末端效应器的设计图。
但是，这两个闭锁末端效应器目前在太空中的连续使用时间已经超过了15年，为了国际空间站的安全稳定运行，必须要进行更换了。2017年10月，宇航员进行了三次太空行走，更换了闭锁末端效应器A。
在本次代号为“美国第47号外太空活动”的太空行走过程中，宇航员更换了闭锁末端效应器B。按照原先的计划，本来要先更换闭锁末端效应器B，但是，闭锁末端效应器A的一个马达发生故障停止转动，因此，NASA才重新决定先更换闭锁末端效应器A。
第54远征队的两名宇航员进行了本次太空行走，他们是：穿着条纹状宇航服的NASA宇航员马克•范德黑，以及穿着无条纹宇航服的NASA宇航员斯科特•廷格尔。马克•范德黑担任第一舱外太空行走人，斯科特•廷格尔担任第二舱外太空行走人。
宇航员在穿好宇航服并进入“寻求号”气闸舱后，该气闸舱将与国际空间站的其他试验舱从内部通过舱门进行隔断，然后气闸舱开始缓慢减压。“寻求号”气闸舱是国际空间站主要的气闸舱，由美国于2001年7月14日发射升空。气闸舱的作用是为航天员提供出舱活动前穿戴航天服的场所。“寻求号”被连接到空间站之前，俄罗斯航天员只能在“星辰号”服务舱内穿戴航天服，美国航天员只有在有航天飞机停靠的情况下，在航天飞机里穿戴航天服。“寻求号”气闸舱能同时兼容美国和俄罗斯航天员穿戴使用航天服。
美国第47号外太空活动开始于2018年1月23日格林威治标准时间11：49，从这时起，范德黑及廷格尔将宇航服切换为电池供电模式。
本次太空行走活动中，发生了多次耽误时间的小状况，第一个问题在太空行走开始不久就突然出现。范德黑穿着的宇航服显示器及控制模块异常锁定，导致范德黑不得不完全重启宇航服。
重启完毕后，系统校验确定宇航服设备工作正常，然后，范德黑及廷格尔移动至外部装载平台2号，铺开了他们的工作区域。工作内容包括：在外部装载平台2号上安装两个脚固定器，两名宇航员将脚通过脚固定器连接在国际空间站的外层，以便他们对加拿大太空机械臂2号进行操作工作。
闭锁末端效应器B也位于外部装载平台2号。2009年，闭锁末端效应器B在太空运输系统第129次任务中，通过阿特兰蒂斯号航天飞机运送到国际空间站。
宇航员接收到的第一个指令是，预先准备好备用的闭锁末端效应器，以进行安装工作。宇航员按照指令，移除绝缘垫，打开4个启动锁，旋转锁合末端效应器，垂直取出该效应器，之后宇航员就看见了通过6颗螺栓将效应器固定在外部装载平台的固定圈。
宇航员先取下了几个螺栓，然后，他们将脚固定于脚固定器，开始重点操作连接于加拿大太空机械臂2号的闭锁末端效应器B。
接下来，宇航员移除绝缘垫，以便对固定圈进行操作。闭锁末端效应器B是通过固定圈与加拿大太空机械臂2号的关节装置进行连接的。宇航员使用太空级手枪式电动工具移除了头两颗螺栓。螺栓移除之后，位于国际空间站内部的日本宇航员金井宣茂，向加拿大太空机械臂2号下达指令，使该机械臂旋转闭锁末端效应器B，以便范德黑能够对下一组螺栓进行操作。
加拿大太空机械臂2号能够用于国际空间站的不同操作及功能，能够帮助移动太空舱及硬件设备。本图片展现的是，2016年4月，加拿大太空机械臂2号正在将预先完成膨胀的毕格罗可扩展活动模块太空舱，从龙货运飞船中移出，并放置于该模块太空舱的最终安装位置—— “宁静号”节点舱尾端。
“宁静号”节点舱是国际空间站的第3个节点舱，由意大利泰利斯阿莱尼亚航天公司为NASA建造，长度约7米，直径约4.5米，在轨重量约18,160千克。“宁静号”能够为国际空间站上的航天员，以及包括氧气生成器、水循环系统、废物清理-卫生维护系统和“科尔贝尔”跑步机等在内的许多生命支持和环境控制系统提供额外的空间。与“宁静号”节点舱相连的“瞭望塔”观测舱是国际空间站机械臂的控制站，长度约1.5米，直径约2.96米，在轨重量约1882千克。观测舱四周有6个窗口，顶部有1个窗口，能够帮助航天员以一个全景的角度观察地球、宇宙星体以及与国际空间站对接的飞船，窗口能抵御空间碎片的撞击。“宁静号”节点舱和“瞭望塔”观测舱于2010年2月8日随“奋进”号航天飞机被运往国际空间站。
在4颗螺栓被移除之后，宇航员再次旋转闭锁末端效应器，并移除了最后两颗螺栓。之后，宇航员关闭了加拿大太空机械臂2号的电源，以便准备移除闭锁末端效应器B。
效应器B移除之后，由范德黑举着这个重达190千克的设备，同时，廷格尔帮助范德黑旋转脚固定器，使范德黑能够正对外部装载平台2号的临时装载位置。宇航员使用6颗螺栓中的4颗将闭锁末端效应器B固定于外部装载平台2号，宇航员将在下一次太空行走过程中，将闭锁末端效应器B重新移动到国际空间站的移动基座系统。
两名宇航员将新旧两个闭锁末端效应器并排摆放在一起，然后将监控指导摄像头从旧的闭锁末端效应器上拆下来，安装到新的闭锁末端效应器上。
摄像头安装完毕后，宇航员将新闭锁末端效应器上的三颗螺栓拆下来，范德黑抓住已经拆下来的新锁合末端效应器。廷格尔再次帮助范德黑旋转脚固定器，将范德黑及新的锁合末端效应器向后推往加拿大太空机械臂2号。
NASA宇航员乔•阿卡巴在美国第47太空活动任务开始之前，帮助廷格尔检查宇航服。
两名宇航员有条不紊地按照相反程序，将新的锁合末端效应器安装在加拿大太空机械臂2号上。但是，宇航员因为难以对6颗螺栓进行操作，导致太空行走工作时间出现了延长。在锁合末端效应器接好之后，宇航员手动安装了所有的螺栓，宇航员还使用手枪式电动工具对其中4颗螺栓进行了加固。
然后，加拿大太空机械臂2号再次加载电源。据航天新闻网站Spaceflight101报道，加载电源后出现了不幸事件，机械臂地面控制人员说，加拿大太空机械臂2号的软件系统无法与闭锁末端效应器B进行通信。这一情况需要宇航员对连接装置进行旋转操作。连接装置负责将闭锁末端效应器内部的电力及数据插头连接于加拿大太空机械臂2号关节部插口。
宇航员拔下连接装置插头后再重新插回，系统开始正常工作了。加拿大太空机械臂2号完成加载电源后，地面控制人员确认说所有设备运转正常，新的闭锁末端效应器B状态良好。在接下来的数天时间内，工作人员还将进行更多的检查，以确认新的锁合末端效应器工作正常，确保所有设备工作正常。
宇航员得知加拿大太空机械臂2号初步显示正确安装之后，继续对螺栓进行了拧紧操作，并更换了绝缘垫。此时，两名宇航员的太空行走工作时间已经比原计划延长了一个小时。太空行走工作时间太长对宇航员会造成不利影响，按照指令，两名宇航员结束当天的舱外工作，清理好他们的工作区域并返回了气闸舱。
进行太空行走的两名宇航员进入了“寻求号”气闸舱后，关闭了舱门。美国第47太空活动的正式结束时间为格林威治标准时间19：13，气闸舱也是从此时开始重新加压。
等到气闸舱的气压与国际空间站内部气压相同时，宇航员打开了内部舱门。范德黑及廷格尔在金井宣茂、乔•阿卡巴的帮助下脱下了宇航服。
NASA称，本次任务是宇航员为了对国际空间站进行装配及保养而进行的第206次太空行走。NASA称，从1998年以来，人类的宇航员离开国际空间站进行太空行走的累计时间为53天13小时49分钟。美国第47号太空活动任务共计持续了7小时24分钟，这是范德黑宇航员生涯中的第3次外太空活动，也是廷格尔参与的第1次外太空活动。
国际空间站建造全过程图
要全部完成本次新锁合末端效应器的更换工作，需要进行一系列的太空行走活动，全部完成更换工作还需要再开展一次太空行走。旧的闭锁末端效应器将被装载于国际空间站的移动基座系统，作为轨道空间站的紧急备件，如果需要的话，可以用于应急。NASA说，2017年10月，由三名宇航员在太空行走过程中对闭锁末端效应器A进行了更换工作，当时换下来的旧设备将暂时保存在国际空间站，将来会通过SpaceX太空探索技术公司的龙货运飞船最终返回地球，返回地球之后，工作人员将对旧的闭锁末端效应器进行检查和维护。
本次航天的过程视频可以在https://www.spaceflightinsider.com上欣赏，因为版权问题，这里只提供外网链接。感兴趣的朋友可以点击“阅读原文”欣赏。
来源：https://www.spaceflightinsider.com
译者：朱川
责编：钟天意
