Европейский манипулятор ERA¶

Европейский манипулятор ERA (European Robotic Arm) — это роботизированная рука-манипулятор, предназначенная для обслуживания внешней поверхности российского сегмента Международной космической станции (МКС). Разработанная Европейским космическим агентством (ЕКА) и установленная в 2021 году, ERA является одним из ключевых элементов автоматизации внекорабельной деятельности на станции.

¶История создания

Разработка манипулятора ERA началась в середине 1980-х годов в рамках программы «Буран»: изначально он проектировался для обслуживания советского многоразового космического корабля. После закрытия программы «Буран» в 1993 году проект был переориентирован на использование на российском сегменте МКС. В 1994 году между Роскосмосом и ЕКА было подписано соглашение о включении ERA в состав станции.

Создание манипулятора осуществлялось консорциумом европейских компаний под руководством нидерландской фирмы Dutch Space (ныне Airbus Defence and Space Netherlands). Головным разработчиком программного обеспечения выступила немецкая компания KUKA. Изготовление и сборка заняли более 15 лет, а окончательная стоимость проекта оценивалась в 1,5 миллиарда евро.

Первоначально запуск ERA планировался на 2007 год, однако из-за задержек в строительстве российского модуля «Наука» (МЛМ) и технических проблем установка манипулятора была отложена. Доставка ERA на МКС состоялась 21 июля 2021 года на борту модуля «Наука», запущенного ракетой-носителем «Протон-М». После стыковки модуля с МКС 29 июля 2021 года начались работы по интеграции манипулятора.

¶Конструкция и технические характеристики

ERA представляет собой симметричную семисуставную роботизированную руку длиной 11,3 метра и массой около 630 килограммов. Манипулятор состоит из двух плеч, соединённых центральным шарниром, и двух захватных устройств (концевых эффекторов) на концах. Каждый концевой эффектор может выполнять функцию как «руки», так и «базы», что позволяет манипулятору перемещаться по внешней поверхности станции, перехватываясь за специальные порты (фиксаторы).

¶Основные характеристики:

• Количество степеней свободы: 7 (по три в каждом плече и один в центральном шарнире)
• Максимальная грузоподъёмность: 8 000 кг в статическом режиме; 3 000 кг при перемещении со скоростью 0,1 м/с
• Точность позиционирования: ±5 мм
• Скорость перемещения: до 0,2 м/с (в режиме автоматического управления)
• Энергопотребление: 600 Вт (пиковое)
• Рабочая температура: от –150°C до +150°C

Манипулятор оснащён двумя видеокамерами (по одной на каждом конце) и светодиодным освещением, что позволяет проводить операции как в дневное, так и в ночное время. Управление ERA осуществляется с бортового компьютера российского сегмента МКС, а также с пульта внутри модуля «Наука». Возможно как автоматическое, так и ручное (телеметрическое) управление.

¶Установка и ввод в эксплуатацию

После доставки на МКС в июле 2021 года манипулятор ERA находился в сложенном состоянии на внешней поверхности модуля «Наука». Процесс развёртывания и ввода в эксплуатацию занял около года. Первый тестовый захват был выполнен в апреле 2022 года, когда манипулятор успешно зафиксировался на порту модуля «Наука».

В мае 2022 года космонавты Олег Артемьев и Денис Матвеев в ходе выхода в открытый космос (ВКД-53) провели ручную активацию ERA, отключив транспортные фиксаторы и переведя манипулятор в рабочий режим. В июне 2022 года состоялся первый полностью автоматический сеанс перемещения ERA по внешней поверхности станции.

¶Функции и применение

ERA предназначен для выполнения широкого спектра задач по обслуживанию внешней поверхности российского сегмента МКС:

¶Основные задачи:

• Перемещение оборудования и грузов: манипулятор способен транспортировать научные приборы, сменные блоки и инструменты массой до 3 тонн между различными точками станции.
• Обслуживание модулей: ERA может заменять неисправные блоки на внешней поверхности модулей «Наука», «Звезда», «Поиск» и «Рассвет».
• Поддержка внекорабельной деятельности (ВКД): манипулятор используется для доставки инструментов и оборудования космонавтам во время выходов в открытый космос, а также для позиционирования самих космонавтов.
• Осмотр и диагностика: с помощью видеокамер ERA может проводить визуальный осмотр внешней обшивки станции, антенн, солнечных батарей и других элементов на предмет повреждений.
• Установка и демонтаж экспериментальных установок: манипулятор обеспечивает размещение научных приборов на внешней поверхности станции и их последующее снятие для возврата на Землю.

¶Особенности:

• Симметричность: возможность использования любого конца манипулятора в качестве базы или захвата.
• Автономность: ERA может выполнять запрограммированные последовательности операций без участия оператора.
• Интеграция с системой управления МКС: манипулятор взаимодействует с бортовыми компьютерами российского сегмента.

¶Сравнение с другими космическими манипуляторами

ERA является третьим по величине космическим манипулятором, установленным на МКС, после американского Canadarm2 (длина 17,6 м) и японского JEMRMS (длина 10 м). В отличие от них, ERA обладает уникальной симметричной конструкцией, позволяющей ему самостоятельно перемещаться по внешней поверхности станции, не требуя дополнительных транспортных средств.

¶Интересные факты

• ERA — первый космический манипулятор, способный работать как в автоматическом, так и в ручном режиме с одинаковой эффективностью.
• Манипулятор был создан с использованием технологий, разработанных для европейского робота-ассистента на Международной космической станции, но так и не реализованного проекта «Робонавт».
• В 2023 году ERA впервые использовался для перемещения крупногабаритного научного оборудования — радиационного теплообменника модуля «Наука».
• Срок активного существования ERA на МКС оценивается в 10 лет, после чего манипулятор может быть возвращён на Землю для модернизации или замены.

¶Источники

• «European Robotic Arm (ERA) — Technical Description», European Space Agency, 2021.
• «Роботизированный манипулятор ERA: история создания и перспективы», журнал «Космонавтика и ракетостроение», № 4, 2022.
• «МКС: российский сегмент. Руководство по эксплуатации», РКК «Энергия», 2020.
• «ERA: The European Robotic Arm for the ISS», Airbus Defence and Space, 2021.
• «Отчёт о вводе в эксплуатацию манипулятора ERA на МКС», ЦНИИмаш, 2022.