锚钩固定装置【航天科普4】
伸出太空之手……
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在太空中，机械臂常用于对抓取航天器、安装舱段和实验设备等操作，但人们往往只是关注机械臂本身，反而忽视了一个特殊的接口——锚钩固定装置。
锚钩固定装置（Grapple fixture）是航天器或其他物体与机械臂之间的连接器，它使航天飞机的加拿大臂1（SRMS）、国际空间站上的加拿大臂2（SSRMS）和希望号实验舱的机械臂（JEMRMS）能够安全的抓取物体。
北美的锚钩固定装置是由加拿大的斯帕尔太空公司于1970年代发明的，研发的主要贡献者是Frank Mee，他同时也是航天飞机上的加拿大臂1的设计者。锚钩固定装置随后被Barrie Teb改进。
锚钩固定装置整体呈一个平面，中间有一根金属针，金属针顶部有一个球体，金属针整体会与机械臂末端卡口结合。同时在金属棒周边有三个略微倾斜的引导器，它们会帮助机械臂卡口正确与固定装置连接。
在机械臂的末端，有一个末端锁定效应器（Latching End Effector 简称LEE），其呈圆筒形，内部有三根线，这三根线可以通过效应器圆筒内部的机械结构进行旋转，使线收缩将金属针固定在圆筒的正中心，同时用拉力固定住金属针顶部的球体。
在操作时，宇航员通过LEE上的摄像机，观察标记图案中间的金属棒和黑白图案，判断LEE位置，以确保连接的准确。
飞行器可释放型锚钩固定装置（Flight-Releasable Grapple Fixture 简称FRGF）
FRGF是北美锚钩固定装置最简单的变种。它只能进行抓取操作，没有任何电连接器。它们在早期的航天飞机被中使用，由标准飞行锚钩固定装置（FSRF）发展而来。其允许宇航员在舱外活动时进行安装。SpaceX的货运龙飞船、轨道ATK的天鹅座货运飞船、Jaxa的HTV货运飞船这类无人飞船都安装了FRGF，国际空间站上的加拿大臂2会使用这一装置对抵达国际空间站的飞船进行停泊。该装置能够承载的最大有效载荷质量为30,000千克。空间站上的一些舱段也装备有FRGF。
可锁定型锚钩固定装置（Latchable Grapple Fixture 简称LGF）
LGF可以进行抓取和锁定操作，它被用于空间站舱段的长期抓取操作（长于3周）。它没有任何电连接器。
在国际空间站上，以上这两种固定装置显然是不够用的，因为它们只有简单的机械固定装置，无法进行数据、电力和视频的传输。因此，研发人员基于FRGF又开发了三种固定装置。
电力和数据传输型锚钩固定装置（Power and Data Grapple Fixture PDGF）
PDGF可以进行抓取和锁定操作，它有4个用于传输数据、电力以及来自机械臂的视频的电连接器，它是整个空间站上唯一可以进行替换的北美锚钩固定装置。电连接器与国际空间站上的加拿大臂2兼容。PDGF在国际空间站上被使用，其可以与加拿大臂2进行连接，使加拿大臂2能操控航天器并为其提供电力，使航天器能被空间站内的宇航员控制。国际空间站上分布着许多PDGF，它们为机械臂提供连接。PDGF有4个用于传输数据、电力以及来自机械臂的视频的电连接器。在航天飞机的倒数第二次飞行中，国际空间站的曙光号核心舱也安装了PDGF，使得加拿大臂2能够在俄罗斯舱段上工作。
在它们连接时，LEE四周的“插头”会顶开锚钩固定装饰上对应接口的翻板门，“插头”两边的装置会扣在翻板门边的凸起上进行锁定，随后“插头”深入并与电连接器里的接口连接。这个拥有电连接器的型号有比只有机械装置的FRGF和LGF更强的机械连接，在电连接器连接后，三根线可以舒张以减少拉力。
剩下两个锚钩固定装置原理与PDGF类似
飞行器电子型锚钩固定装置和电动机械型锚钩固定装置（Electrical Flight Grapple Fixture and Electro Mechanical Grapple Fixture）
飞行器电子锚钩固定装置（The Electrical Flight Grapple Fixture 简称EFGF）可以进行抓取操作，他只有一个用于传输数据、电力以及来自机械臂的视频的电连接器。其电连接器于航天飞机上的加拿大臂1兼容。
国际空间站上希望号实验舱的远程操纵系统，也有类似的类似的锚钩固定装置，叫电动机械锚钩固定装置（Electro Mechanical Grapple Fixture 简称EMGF），这个固定装置主要用于希望号的暴露实验模块。
电力和视频传输型锚钩固定装置（Power and Video Grapple Fixture PVGF）
PVGF可以进行抓取和锁定操作。PVGF有4个用于传输数据、电力以及来自机械臂的视频的电连接器，电连接器与国际空间站上的加拿大臂2兼容。
NASA装备有锚钩固定装置的卫星
哈勃空间望远镜有两个锚钩固定装置
长时间暴露实验设施（LDEF）有两个锚钩，一个是FRGF，另一个激活锚钩用于向有电子系统的试验设备发送信号以开始实验。
太阳极大期任务卫星有一个锚钩，用于航天飞机的在轨维修。
值得一提的是，欧洲即将升空的ERA臂所用的锚钩与以上型号都不同，意味着它只能在俄罗斯的科学号实验舱上工作。
【全文完】
本文素材来源：
【1】http://iss.jaxa.jp/en/htv/mission/htv-1/presskit/htv-1_presskit.pdf
【2】https://www.youtube.com/watch?v=WZQakb1uEYg
【3】https://space.stackexchange.com/questions/14973/what-are-joint-systems-used-for-mounting-manipulators-to-spacecrafts
【4】CanadaArm2 End Effector (http://is.mdacorporation.com/mdais_canada/Offerings/Offerings_Canadarm2lee.aspx) Archived (https://web.archive.org/web/20121005052740/http://is.mdacorporation.com/mdais_canada/Offerings/Offerings_Canadarm2lee.aspx)
2012-10-05 at the Wayback Machine
【5】https://en.wikipedia.org/wiki/Grapple_fixture
【6】https://iss.jaxa.jp/iss/3a/orb_rms_e.html
【7】Callen, Phillip (June 2014). "Robotic Transfer and Interfaces for External ISS Payloads" (https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.n trs.nasa.gov/20140008717.pdf) (PDF). NASA. Retrieved
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【8】"Canadarm" (http://www.worldspaceflight.com/canada/canadar m.php). WorldSpaceFlight.com. Retrieved 2015-12-05.
【9】LDEF structure (https://web.archive.org/web/20160422155832/http://setas-www.larc.nasa.gov/LDEF/OVERVIEW/structure.html)
【10】Savi S. Sachdev, Brian R. Fuller (1983). "The Shuttle Remote Manipulator System and Its Use In Orbital Operations" (https://web.archive.org/web/20151123151325/http://commons.erau.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2430&context=space-congress-procee dings). Spar Aerospace. Archived from the original (http://commo ns.erau.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2430&context=space-congress-proceedings) on 2015-11-23. Retrieved 23 November 2015.
