文章來(lai)源(yuan)：中國航天科技集團公(gong)司 發布時間：2016-06-15
日前，我國首臺第三代(dai)交會對接光(guang)學成像敏(min)感器研制成功。
作為該敏感器承研(yan)單位，中國航天科技(ji)集團公司五院502所(suo)從2011年開始，歷經4年技(ji)術(shu)攻關，完成了第三代產品的研(yan)制工作。新一(yi)代產品的關鍵技(ji)術(shu)指標已經達到甚至超過國際(ji)先進水平(ping)。
“萬里穿針”需好“眼”
光學成(cheng)像(xiang)敏感(gan)器是用于(yu)飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)與目標飛(fei)(fei)(fei)行器交會對(dui)接的近(jin)距離(li)成(cheng)像(xiang)測(ce)量(liang)敏感(gan)器，由位(wei)于(yu)飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)上的相(xiang)(xiang)機(ji)和(he)位(wei)于(yu)目標飛(fei)(fei)(fei)行器上的目標標志器組成(cheng)。相(xiang)(xiang)機(ji)通(tong)過對(dui)標志器進行成(cheng)像(xiang)測(ce)量(liang)，得到飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)與目標飛(fei)(fei)(fei)行器間的相(xiang)(xiang)對(dui)位(wei)置和(he)相(xiang)(xiang)對(dui)姿態數據，為兩(liang)個飛(fei)(fei)(fei)行器提(ti)供相(xiang)(xiang)對(dui)導航(hang)的測(ce)量(liang)信(xin)息。
飛船(chuan)與(yu)目標(biao)飛行器(qi)(qi)在(zai)太空(kong)交會對接(jie)，要經過幾十萬公里的(de)(de)(de)追逐，完成(cheng)(cheng)“穿針引線”的(de)(de)(de)動作，上演(yan)完美之“吻(wen)”，最(zui)終(zhong)聯成(cheng)(cheng)一體(ti)。其平移靠攏是(shi)最(zui)關鍵的(de)(de)(de)階(jie)段，也是(shi)難(nan)度最(zui)大、要求最(zui)高、風險極大的(de)(de)(de)階(jie)段。從(cong)二(er)者(zhe)距離150米(mi)開始直到最(zui)終(zhong)完成(cheng)(cheng)對接(jie)，光學成(cheng)(cheng)像敏感(gan)器(qi)(qi)是(shi)唯一同時具備位(wei)置(zhi)和姿態相對測量能力的(de)(de)(de)敏感(gan)器(qi)(qi)，好比飛行器(qi)(qi)的(de)(de)(de)“眼睛”。
“‘眼神兒’如果不好使，會(hui)導致(zhi)交(jiao)會(hui)對接(jie)(jie)任(ren)(ren)務失(shi)(shi)敗甚(shen)至是兩個飛行(xing)器(qi)碰撞，將會(hui)嚴(yan)重威(wei)脅航天員和飛船的安全(quan)。”原(yuan)產品(pin)主(zhu)任(ren)(ren)設計師、502所光學(xue)成像敏(min)感器(qi)事業部(bu)黨(dang)支部(bu)書(shu)記(ji)趙(zhao)春暉說，因此，光學(xue)成像敏(min)感器(qi)成為關系交(jiao)會(hui)對接(jie)(jie)任(ren)(ren)務成敗的關鍵單(dan)機，不容(rong)出現任(ren)(ren)何(he)閃失(shi)(shi)。
全面提高安全性
當(dang)兩(liang)個(ge)比子(zi)彈速度快約8倍的(de)高速飛行(xing)器(qi)(qi)在飛行(xing)中(zhong)靠(kao)近時(shi)(shi)，即(ji)使在太(tai)陽(yang)強(qiang)光(guang)直射時(shi)(shi)，光(guang)學成像敏感器(qi)(qi)這一飛行(xing)器(qi)(qi)的(de)“眼睛”也(ye)不能眨動(dong)，還(huan)得給目(mu)標飛行(xing)器(qi)(qi)上的(de)目(mu)標標志器(qi)(qi)拍照，對照片實(shi)時(shi)(shi)分析后判斷(duan)距離和姿態信息。
在(zai)之前(qian)神舟飛船與天宮一號目標飛行器(qi)的(de)(de)交會(hui)對(dui)接任(ren)務中(zhong)，應(ying)用的(de)(de)都(dou)是第(di)一代交會(hui)對(dui)接光學成像敏感器(qi)，其(qi)第(di)二代產(chan)品目前(qian)應(ying)用于(yu)部分試驗衛星上(shang)，均圓滿完成了測量任(ren)務，表現(xian)出色。研(yan)制(zhi)團隊并沒有滿足現(xian)狀，在(zai)前(qian)兩代產(chan)品的(de)(de)基礎上(shang)，著(zhu)眼未來，研(yan)發(fa)了新(xin)一代產(chan)品。
“太(tai)空中太(tai)陽光(guang)的(de)(de)照(zhao)射強度是地球上(shang)的(de)(de)3~5倍，飛行(xing)器(qi)(qi)的(de)(de)‘眼睛’在交會對接時很容易被閃壞(huai)。”502所光(guang)學成像敏感器(qi)(qi)事(shi)業部主任設(she)計師龔德鑄(zhu)介紹，通過(guo)采用(yong)新技術，第三(san)代交會對接光(guang)學成像敏感器(qi)(qi)已煉成“火眼金睛”，即(ji)使在強光(guang)環(huan)境(jing)下也能“看清(qing)”目標，極(ji)大地提高了交會對接的(de)(de)可(ke)靠性(xing)。
“抗雜(za)散光能力的(de)提高還使得(de)飛(fei)行器交會(hui)對接(jie)的(de)工作弧段(duan)變長，在(zai)軌可對接(jie)時間達(da)到原來(lai)的(de)2倍左右，相應也(ye)使飛(fei)行器發射(she)窗(chuang)口期有了更大選擇(ze)余地。”原飛(fei)船(chuan)控制分系(xi)統主(zhu)任(ren)設計師、502所科技(ji)委副主(zhu)任(ren)解永春介紹(shao)。
此(ci)外，研制人員還將第三代(dai)產品對(dui)于目標(biao)的首次捕獲時(shi)(shi)間(jian)提高(gao)了一個數(shu)量級(ji)——由原來(lai)的約10秒提高(gao)至不到(dao)1秒。“這個時(shi)(shi)間(jian)就(jiu)好比司(si)機開車時(shi)(shi)被強光(guang)晃(huang)到(dao)眼睛后恢復正常視力的時(shi)(shi)間(jian)。” 產品設(she)計師郭紹剛解(jie)釋說。與此(ci)同(tong)時(shi)(shi)，第三代(dai)“眼睛”從看到(dao)目標(biao)到(dao)做出(chu)判斷的響(xiang)應時(shi)(shi)間(jian)也(ye)大(da)大(da)縮短(duan)，更好地保證了交會對(dui)接(jie)過程的安全。
將用于天宮二(er)號和空間站(zhan)
“第三代交(jiao)會(hui)對接(jie)光學(xue)成(cheng)像(xiang)敏(min)(min)感器將應用于天宮(gong)二號目(mu)標飛行(xing)器以及中(zhong)國空(kong)間(jian)站。”502所光學(xue)成(cheng)像(xiang)敏(min)(min)感器事業部(bu)副部(bu)長王立(li)透露。
據(ju)介紹，未來(lai)我國空間站全天時的人(ren)員和貨物運輸更加講究(jiu)對交會對接時間的把(ba)握，而第三(san)代(dai)(dai)產品可以很好(hao)(hao)地滿足這(zhe)一(yi)需求。同(tong)時，新一(yi)代(dai)(dai)產品研制工(gong)作的圓(yuan)滿完成，也為后續研發團隊細化研發、使產品更好(hao)(hao)地與當(dang)前航天任(ren)務多樣化相適應，打下(xia)了(le)良好(hao)(hao)基礎。
在(zai)航天領域(yu)，導航敏感(gan)器(qi)分為(wei)兩類：一(yi)類是(shi)針對(dui)神舟飛船(chuan)與天宮一(yi)號(hao)目(mu)標飛行器(qi)等(deng)(deng)在(zai)軌(gui)服役航天器(qi)的交會對(dui)接光學(xue)成像敏感(gan)器(qi)（CRDS），后續的在(zai)軌(gui)加(jia)注操作(zuo)等(deng)(deng)也需要這(zhe)類產品提(ti)供保障；另一(yi)類則是(shi)針對(dui)失效衛星或空間碎片的交會測量(liang)光學(xue)成像敏感(gan)器(qi)（NLS）。
將來，CRDS可拓展應(ying)用(yong)于空(kong)間在軌服務、飛機空(kong)中(zhong)自動加(jia)油、水下無人航(hang)行器(qi)交會對接等領域。目前(qian)502所(suo)正在攻克的(de)NLS技術近(jin)十年(nian)來也一直是(shi)國際上的(de)研究熱點，可應(ying)用(yong)于衛星在軌加(jia)注、維護等服務。“其代表了導航(hang)敏感器(qi)的(de)技術趨勢，具(ju)有廣闊的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景。” 王(wang)立說。