文章(zhang)來(lai)源：中國(guo)航天(tian)科技集團公司(si) 發布時間：2016-06-15
日前，我國首臺(tai)第(di)三代(dai)交會對接光學(xue)成像(xiang)敏感器研制成功。
作(zuo)為該敏感(gan)器承研單位，中國航天科技(ji)(ji)集團(tuan)公司五(wu)院(yuan)502所從(cong)2011年開(kai)始(shi)，歷經4年技(ji)(ji)術攻關(guan)(guan)，完成了第三代(dai)產品的研制(zhi)工作(zuo)。新一代(dai)產品的關(guan)(guan)鍵(jian)技(ji)(ji)術指標已經達到(dao)甚至超過國際(ji)先進(jin)水平。
“萬里(li)穿針”需好(hao)“眼(yan)”
光(guang)學成像敏感器(qi)(qi)是(shi)用(yong)于(yu)飛(fei)船(chuan)與目標(biao)飛(fei)行(xing)器(qi)(qi)交會對接的近距離成像測(ce)量敏感器(qi)(qi)，由(you)位于(yu)飛(fei)船(chuan)上(shang)的相(xiang)機(ji)和位于(yu)目標(biao)飛(fei)行(xing)器(qi)(qi)上(shang)的目標(biao)標(biao)志器(qi)(qi)組成。相(xiang)機(ji)通過對標(biao)志器(qi)(qi)進(jin)行(xing)成像測(ce)量，得到飛(fei)船(chuan)與目標(biao)飛(fei)行(xing)器(qi)(qi)間的相(xiang)對位置(zhi)和相(xiang)對姿態數據，為兩個(ge)飛(fei)行(xing)器(qi)(qi)提供相(xiang)對導航的測(ce)量信息。
飛(fei)船與目標飛(fei)行器(qi)在太(tai)空(kong)交會對(dui)接，要(yao)經過幾十萬公里的(de)(de)追逐，完成(cheng)(cheng)“穿針引線”的(de)(de)動作，上演完美(mei)之“吻”，最(zui)終(zhong)聯成(cheng)(cheng)一體。其平移靠攏是最(zui)關鍵的(de)(de)階段(duan)，也是難度最(zui)大、要(yao)求最(zui)高、風險極大的(de)(de)階段(duan)。從二者距離(li)150米(mi)開始直(zhi)到最(zui)終(zhong)完成(cheng)(cheng)對(dui)接，光學成(cheng)(cheng)像敏感(gan)器(qi)是唯一同時具(ju)備位置(zhi)和姿態相對(dui)測量能力的(de)(de)敏感(gan)器(qi)，好比飛(fei)行器(qi)的(de)(de)“眼睛”。
“‘眼神兒(er)’如果不(bu)好使，會(hui)導致交(jiao)會(hui)對(dui)接(jie)任務(wu)失(shi)敗(bai)甚(shen)至是兩個飛行器(qi)碰撞，將會(hui)嚴重威脅航天(tian)員和飛船的(de)安全。”原產品(pin)主任設計師(shi)、502所光學(xue)成(cheng)像敏感(gan)(gan)器(qi)事業(ye)部黨支(zhi)部書記趙春暉說，因此，光學(xue)成(cheng)像敏感(gan)(gan)器(qi)成(cheng)為關系交(jiao)會(hui)對(dui)接(jie)任務(wu)成(cheng)敗(bai)的(de)關鍵單機，不(bu)容出(chu)現任何閃失(shi)。
全面提高安全性
當兩(liang)個(ge)比子彈速(su)度快(kuai)約8倍的高速(su)飛行器(qi)在飛行中(zhong)靠近時(shi)，即使在太陽(yang)強光(guang)(guang)直射時(shi)，光(guang)(guang)學成像敏感器(qi)這一飛行器(qi)的“眼睛”也不能眨動(dong)，還得給目標飛行器(qi)上的目標標志器(qi)拍(pai)照(zhao)，對(dui)照(zhao)片實時(shi)分析(xi)后判斷距離(li)和姿態信息。
在之前(qian)(qian)神舟飛船與天宮一號目(mu)標(biao)飛行器的交會對接任(ren)務中，應用的都(dou)是第一代(dai)(dai)交會對接光學成像(xiang)敏感器，其第二代(dai)(dai)產品目(mu)前(qian)(qian)應用于部(bu)分試驗衛星上，均圓滿完成了測量任(ren)務，表(biao)現(xian)出色。研制團隊并沒(mei)有(you)滿足(zu)現(xian)狀，在前(qian)(qian)兩(liang)代(dai)(dai)產品的基礎(chu)上，著眼未來，研發了新一代(dai)(dai)產品。
“太空中太陽光的(de)照射(she)強度是地球上的(de)3~5倍，飛(fei)行器的(de)‘眼睛(jing)’在(zai)交會(hui)對接時很(hen)容易(yi)被閃壞。”502所光學(xue)成(cheng)像敏感(gan)器事(shi)業部主任(ren)設計(ji)師龔(gong)德鑄介(jie)紹，通(tong)過(guo)采用(yong)新技術，第三代交會(hui)對接光學(xue)成(cheng)像敏感(gan)器已(yi)煉(lian)成(cheng)“火眼金睛(jing)”，即使在(zai)強光環(huan)境下也能“看清”目標，極大地提高了交會(hui)對接的(de)可靠性。
“抗雜散光(guang)能力的(de)提高還使得飛行(xing)器交會(hui)對接的(de)工作弧段變長(chang)，在軌可對接時間達(da)到原來的(de)2倍左右(you)，相應(ying)也使飛行(xing)器發射窗口(kou)期有了(le)更大選擇余地(di)。”原飛船控制分系統主任(ren)設計(ji)師、502所科(ke)技委(wei)副(fu)主任(ren)解永(yong)春介(jie)紹。
此(ci)外，研制人員還將(jiang)第三(san)代產(chan)品(pin)對于(yu)目標的(de)首(shou)次捕獲時(shi)間(jian)(jian)提(ti)高了(le)一個數量級——由原(yuan)來的(de)約10秒提(ti)高至不(bu)到(dao)(dao)1秒。“這個時(shi)間(jian)(jian)就好(hao)比司機開車時(shi)被強光晃到(dao)(dao)眼睛(jing)后恢復正(zheng)常視力(li)的(de)時(shi)間(jian)(jian)。” 產(chan)品(pin)設計(ji)師郭紹剛解(jie)釋(shi)說(shuo)。與此(ci)同時(shi)，第三(san)代“眼睛(jing)”從看到(dao)(dao)目標到(dao)(dao)做出判斷的(de)響(xiang)應時(shi)間(jian)(jian)也大(da)大(da)縮(suo)短(duan)，更好(hao)地保(bao)證了(le)交會對接(jie)過(guo)程的(de)安全。
將用于(yu)天宮二號和空間站
“第三代交會對接光學成像敏(min)感器將應用于天宮二號目標飛行器以及中(zhong)國空(kong)間站。”502所(suo)光學成像敏(min)感器事業部副部長王立透露。
據介(jie)紹，未來我(wo)國空間站全天時的(de)人(ren)員和(he)貨物運輸更(geng)加講究對交會對接時間的(de)把(ba)握，而第三代(dai)產(chan)(chan)品(pin)(pin)可以很好地滿足這一(yi)需求。同時，新一(yi)代(dai)產(chan)(chan)品(pin)(pin)研(yan)制工(gong)作的(de)圓滿完(wan)成，也為后續研(yan)發(fa)(fa)團隊細化研(yan)發(fa)(fa)、使產(chan)(chan)品(pin)(pin)更(geng)好地與(yu)當(dang)前航天任務多樣化相適應(ying)，打下了良好基礎。
在(zai)航天領域，導航敏(min)感(gan)器(qi)分(fen)為(wei)兩類：一(yi)類是針(zhen)對神舟飛船與天宮(gong)一(yi)號目標(biao)飛行器(qi)等在(zai)軌服役航天器(qi)的交會對接(jie)光學成(cheng)像敏(min)感(gan)器(qi)（CRDS），后(hou)續的在(zai)軌加(jia)注操(cao)作等也需要(yao)這(zhe)類產品提供(gong)保障(zhang)；另一(yi)類則是針(zhen)對失效衛星或空間碎片的交會測(ce)量光學成(cheng)像敏(min)感(gan)器(qi)（NLS）。
將來，CRDS可拓展應用(yong)于(yu)空(kong)間在(zai)(zai)軌服(fu)務(wu)、飛(fei)機(ji)空(kong)中自動加油、水下無人航行器交會對接等領域。目前502所正在(zai)(zai)攻克的(de)(de)NLS技術近十年來也一直是國(guo)際上(shang)的(de)(de)研究熱點(dian)，可應用(yong)于(yu)衛星在(zai)(zai)軌加注、維護等服(fu)務(wu)。“其(qi)代表了(le)導航敏感器的(de)(de)技術趨勢(shi)，具有廣闊的(de)(de)應用(yong)前景。” 王立說。