北京时间2021年11月7日，航天员翟志刚、王亚平身着我国新一代“飞天”舱外航天服，先后从天和核心舱节点舱成功出舱，中国首位出舱航天员翟志刚时隔13年后再次执行出舱活动任务；王亚平成为中国首位执行出舱任务的女航天员，迈出了中国女性舱外太空行走第一步。

他们在水下模拟出了太空“作业现场”，在航天员“太空漫步”的背后，有南京华研团队与南航科研团队的科研助力。

根据官宣信息，两名出舱航天员完成在机械臂上安装脚限位器和舱外工作台等工作后，在机械臂支持下，相互配合开展机械臂悬挂装置与转接件安装、舱外典型动作测试、舱外互助救援验证等作业。期间，在舱内的航天员叶光富配合支持两名出舱航天员开展舱外操作。

要在失重环境下完成这一系列作业并不是容易的事。为了确保失重环境下作业的准确无误，航天员需要在地球上经历艰苦的水下训练考验。

水下训练锻炼的正是航天员在失重环境下的工作能力。水下环境里，因为浮力和重力相抵消，科研工作者可以为航天员模拟出失重的状态。在失重的环境下吃饭、工作，甚至是穿脱航天服都是“难题”。

应航天员中心、上海宇航系统工程研究所委托，南京航空航天大学机电学院张得礼副教授领衔课题组与南京华研团队参与研制“水下机械臂及其智能控制系统”，该系统逼真地模拟了空间站出舱活动的机械臂转运以及定点作业支持工况，是出舱活动任务工程实验验证和航天员训练的重要保障。

在航天员中心总体单位指导下，上海宇航系统工程研究所联合课题组经过技术途径仿真验证、总体方案设计、工程实施、调试联试以及试运行，创新性研制出了国内首台10米级水下大作业空间、高可靠性、高安全性水下机械臂。

其中，课题组面向模拟失重环境的中性浮力水槽航天员训练任务，开展了水下机械臂控制系统、人机交互系统以及供配电支持系统的学术研究与工程研制。据介绍，课题组研制的内容作为整系统核心指挥枢纽，突破了基于多传感融合和基于优化算法的水下路径规划技术、水下机械臂人机交互控制技术、虚拟孪生的大尺寸空间碰撞检测预测技术、水下安全监控技术等，有力保障了整系统的可靠、高效运行，是水下机器人控制技术在载人航天模拟失重训练应用的一次突破。

10个月交付，未来系统将更加完善

课题组接到任务时，离产品交付时间只有10个月。设备涉及结构、软件、硬件、关键算法、人机工程、水下安全等多方面的技术，时间紧，任务重，疫情的影响更给研制工作增加了不小的难度。

为获得水下试验的条件，课题组搭建临时水池，进行关键部件的静、动密封和重力配比水下试验，并租用上海交通大学的海洋实验水池进行集成测试。在有限的经费条件下，租用时间仅有1周。1周时间，需要完成所有指标的验证，团队每天工作到凌晨2-3点，一天只睡2-3个小时。

项目研制过程中，课题组在第一现场见证了航天员中心、上海宇航系统工程研究所等载人航天大军队伍“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的载人航天精神，备受激励和启迪。航天员敢为人先执着训练的场景，也更让研究团队甘于沉下心来狠下行动，攻坚的信心越发扎实。