文章來(lai)源：中(zhong)國航天科技集團公司 發布(bu)時(shi)間：2016-06-15
日前，我國首(shou)臺第三代交會對(dui)接光學(xue)成像敏感器研制(zhi)成功。
作為該敏感器承研單位(wei)，中(zhong)國(guo)航天科技(ji)集團公司五院502所從2011年開始，歷經4年技(ji)術(shu)攻關，完成了第三代產品的研制工作。新一代產品的關鍵技(ji)術(shu)指標已(yi)經達到甚至超過國(guo)際先(xian)進(jin)水平。
“萬(wan)里(li)穿針”需好“眼”
光學成(cheng)像(xiang)敏感器(qi)(qi)(qi)(qi)是用(yong)于飛(fei)(fei)(fei)船與目(mu)標飛(fei)(fei)(fei)行(xing)器(qi)(qi)(qi)(qi)交會對(dui)(dui)接的(de)(de)近距(ju)離成(cheng)像(xiang)測量(liang)敏感器(qi)(qi)(qi)(qi)，由位(wei)(wei)(wei)于飛(fei)(fei)(fei)船上的(de)(de)相(xiang)機(ji)和位(wei)(wei)(wei)于目(mu)標飛(fei)(fei)(fei)行(xing)器(qi)(qi)(qi)(qi)上的(de)(de)目(mu)標標志器(qi)(qi)(qi)(qi)組成(cheng)。相(xiang)機(ji)通過對(dui)(dui)標志器(qi)(qi)(qi)(qi)進行(xing)成(cheng)像(xiang)測量(liang)，得到飛(fei)(fei)(fei)船與目(mu)標飛(fei)(fei)(fei)行(xing)器(qi)(qi)(qi)(qi)間的(de)(de)相(xiang)對(dui)(dui)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)和相(xiang)對(dui)(dui)姿態數據，為兩個(ge)飛(fei)(fei)(fei)行(xing)器(qi)(qi)(qi)(qi)提供相(xiang)對(dui)(dui)導(dao)航的(de)(de)測量(liang)信息。
飛(fei)船與目標(biao)飛(fei)行器(qi)在太空交會對(dui)(dui)接，要經過(guo)幾十萬公里(li)的(de)(de)(de)(de)追逐，完(wan)成(cheng)“穿針引(yin)線”的(de)(de)(de)(de)動作，上(shang)演完(wan)美之(zhi)“吻”，最終聯成(cheng)一體(ti)。其平移靠攏是(shi)最關鍵的(de)(de)(de)(de)階段，也(ye)是(shi)難度最大、要求最高(gao)、風險(xian)極大的(de)(de)(de)(de)階段。從二者距離150米開始直(zhi)到最終完(wan)成(cheng)對(dui)(dui)接，光學成(cheng)像敏感器(qi)是(shi)唯一同時(shi)具備位置(zhi)和姿態(tai)相(xiang)對(dui)(dui)測量能力的(de)(de)(de)(de)敏感器(qi)，好(hao)比(bi)飛(fei)行器(qi)的(de)(de)(de)(de)“眼睛”。
“‘眼神兒(er)’如果不(bu)好使，會導致交會對接(jie)任(ren)務失敗(bai)甚至是兩個(ge)飛行器碰撞(zhuang)，將(jiang)會嚴重威脅航天員和飛船的(de)安全(quan)。”原產品主任(ren)設計師、502所光學成像(xiang)敏(min)感(gan)器事業部(bu)黨支(zhi)部(bu)書記趙春暉說，因此，光學成像(xiang)敏(min)感(gan)器成為關系交會對接(jie)任(ren)務成敗(bai)的(de)關鍵(jian)單機，不(bu)容出現任(ren)何閃失。
全面提高安全性
當兩個(ge)比子彈速度快約8倍的高速飛行器(qi)(qi)在飛行中(zhong)靠近時，即使在太(tai)陽強光(guang)直射時，光(guang)學(xue)成像敏感器(qi)(qi)這一飛行器(qi)(qi)的“眼睛”也不能眨(zha)動，還(huan)得給(gei)目標飛行器(qi)(qi)上的目標標志器(qi)(qi)拍照，對照片實時分析后判(pan)斷距離和(he)姿(zi)態信息。
在(zai)之前(qian)(qian)神舟飛船與天(tian)宮(gong)一號目(mu)標飛行(xing)器的(de)交(jiao)會對接任務中，應(ying)用(yong)的(de)都是第(di)一代(dai)交(jiao)會對接光(guang)學成像敏感器，其第(di)二(er)代(dai)產品目(mu)前(qian)(qian)應(ying)用(yong)于部分試驗衛星上，均圓滿(man)完(wan)成了(le)測量(liang)任務，表現出色。研制團(tuan)隊并(bing)沒有滿(man)足現狀，在(zai)前(qian)(qian)兩(liang)代(dai)產品的(de)基礎上，著眼未來，研發了(le)新一代(dai)產品。
“太(tai)空中(zhong)太(tai)陽光(guang)的(de)照射強(qiang)(qiang)度(du)是地球上(shang)的(de)3~5倍(bei)，飛行器(qi)的(de)‘眼(yan)睛’在交會對(dui)接時很容易被閃(shan)壞。”502所光(guang)學(xue)成(cheng)像敏(min)感(gan)(gan)器(qi)事業部主任設計師龔德鑄介(jie)紹，通過采用新技(ji)術，第三(san)代交會對(dui)接光(guang)學(xue)成(cheng)像敏(min)感(gan)(gan)器(qi)已煉(lian)成(cheng)“火眼(yan)金睛”，即使在強(qiang)(qiang)光(guang)環境下(xia)也能“看清”目標(biao)，極大地提(ti)高了交會對(dui)接的(de)可(ke)靠性。
“抗雜散光能(neng)力的提高還使得飛行器(qi)交(jiao)會對(dui)接的工(gong)作弧段變長(chang)，在軌可對(dui)接時間達到原來的2倍左右，相應也(ye)使飛行器(qi)發射窗口期有(you)了更(geng)大選擇余(yu)地。”原飛船(chuan)控制分(fen)系統主(zhu)任(ren)設計(ji)師、502所科技委副主(zhu)任(ren)解(jie)永(yong)春介紹。
此外，研制人員(yuan)還將第(di)三代產(chan)品對于目標(biao)的(de)首次捕獲時(shi)(shi)(shi)間提(ti)高了一個(ge)數量級——由原來的(de)約(yue)10秒提(ti)高至(zhi)不到1秒。“這個(ge)時(shi)(shi)(shi)間就好比(bi)司機(ji)開車時(shi)(shi)(shi)被強光晃到眼(yan)睛后恢(hui)復正常視力(li)的(de)時(shi)(shi)(shi)間。” 產(chan)品設計師郭(guo)紹剛(gang)解(jie)釋說。與此同時(shi)(shi)(shi)，第(di)三代“眼(yan)睛”從看到目標(biao)到做出(chu)判斷的(de)響應時(shi)(shi)(shi)間也大大縮短，更(geng)好地保證(zheng)了交會對接過程的(de)安全。
將用于天宮二號和空(kong)間(jian)站(zhan)
“第三代(dai)交會(hui)對接光學成像敏(min)(min)感器將應用(yong)于天宮二號目標飛行(xing)器以(yi)及中國空(kong)間站(zhan)。”502所光學成像敏(min)(min)感器事業(ye)部副部長(chang)王(wang)立透(tou)露(lu)。
據介紹，未來我國空(kong)間(jian)站全天時的(de)人員和貨物(wu)運輸(shu)更(geng)加講(jiang)究(jiu)對(dui)交會對(dui)接時間(jian)的(de)把(ba)握，而第三代產(chan)(chan)品可(ke)以很好(hao)(hao)地滿(man)足這一需求(qiu)。同時，新一代產(chan)(chan)品研(yan)制工作的(de)圓滿(man)完成(cheng)，也(ye)為后續研(yan)發團隊細化研(yan)發、使產(chan)(chan)品更(geng)好(hao)(hao)地與當前航天任務多樣化相適應(ying)，打下了良好(hao)(hao)基礎。
在航天(tian)領域，導航敏(min)感器(qi)分為兩類(lei)：一類(lei)是針(zhen)對(dui)(dui)(dui)神舟(zhou)飛船與天(tian)宮一號目標飛行器(qi)等在軌服役航天(tian)器(qi)的交(jiao)會對(dui)(dui)(dui)接光學成(cheng)像(xiang)敏(min)感器(qi)（CRDS），后續的在軌加注(zhu)操作(zuo)等也需要這類(lei)產(chan)品(pin)提供保障；另一類(lei)則是針(zhen)對(dui)(dui)(dui)失效衛星或空間碎(sui)片的交(jiao)會測(ce)量(liang)光學成(cheng)像(xiang)敏(min)感器(qi)（NLS）。
將來，CRDS可拓(tuo)展應(ying)用(yong)于空(kong)間(jian)在(zai)軌服務(wu)、飛機空(kong)中自動加油、水下無(wu)人航行(xing)器交會對接等(deng)領域。目(mu)前502所正在(zai)攻克的NLS技術近(jin)十(shi)年來也(ye)一直是國際上的研(yan)究熱點，可應(ying)用(yong)于衛星在(zai)軌加注、維護(hu)等(deng)服務(wu)。“其代表(biao)了導航敏感器的技術趨勢，具有廣闊的應(ying)用(yong)前景。” 王立說。