文章來源：中國航(hang)天科技集團公司 發布時間(jian)：2016-06-15
日前(qian)，我國首臺第三(san)代交會對(dui)接光學(xue)成(cheng)像敏感(gan)器研制成(cheng)功。
作為(wei)該敏感器承研(yan)單位，中國航天(tian)科技集團公(gong)司五(wu)院502所從(cong)2011年(nian)開始，歷(li)經4年(nian)技術攻關，完成了第三代產品(pin)的研(yan)制工作。新(xin)一(yi)代產品(pin)的關鍵技術指標(biao)已經達到甚至(zhi)超過國際(ji)先進水平。
“萬里穿針”需好“眼”
光學成(cheng)像敏感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)是用(yong)于飛(fei)船(chuan)與(yu)(yu)目(mu)(mu)標飛(fei)行器(qi)(qi)(qi)(qi)交會對(dui)接的(de)近距離成(cheng)像測量敏感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)，由位于飛(fei)船(chuan)上的(de)相機和(he)位于目(mu)(mu)標飛(fei)行器(qi)(qi)(qi)(qi)上的(de)目(mu)(mu)標標志(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)組成(cheng)。相機通過(guo)對(dui)標志(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)進行成(cheng)像測量，得(de)到(dao)飛(fei)船(chuan)與(yu)(yu)目(mu)(mu)標飛(fei)行器(qi)(qi)(qi)(qi)間的(de)相對(dui)位置和(he)相對(dui)姿態(tai)數據，為兩個飛(fei)行器(qi)(qi)(qi)(qi)提(ti)供(gong)相對(dui)導航的(de)測量信(xin)息(xi)。
飛船(chuan)與目標飛行器(qi)(qi)在(zai)太空交會對(dui)接，要經過(guo)幾(ji)十(shi)萬公里的(de)(de)追逐(zhu)，完成“穿(chuan)針引(yin)線(xian)”的(de)(de)動(dong)作，上演完美之“吻”，最(zui)終(zhong)聯(lian)成一體(ti)。其平移(yi)靠(kao)攏是(shi)最(zui)關鍵(jian)的(de)(de)階段(duan)，也是(shi)難度最(zui)大、要求最(zui)高、風險極大的(de)(de)階段(duan)。從二者距離150米開始直到最(zui)終(zhong)完成對(dui)接，光學成像敏感器(qi)(qi)是(shi)唯一同時具備位置(zhi)和(he)姿態相(xiang)對(dui)測量能力的(de)(de)敏感器(qi)(qi)，好比(bi)飛行器(qi)(qi)的(de)(de)“眼(yan)睛”。
“‘眼神兒(er)’如果不好(hao)使，會(hui)導(dao)致交(jiao)會(hui)對(dui)接任(ren)務失(shi)敗(bai)甚至(zhi)是(shi)兩個飛(fei)行(xing)器碰撞，將(jiang)會(hui)嚴重威脅(xie)航(hang)天員和(he)飛(fei)船的安全。”原(yuan)產品主任(ren)設計師、502所(suo)光學(xue)成像敏(min)感器事業部黨支部書記趙春暉說，因(yin)此，光學(xue)成像敏(min)感器成為關系交(jiao)會(hui)對(dui)接任(ren)務成敗(bai)的關鍵單(dan)機，不容出現任(ren)何閃失(shi)。
全面提高安全性
當兩(liang)個比(bi)子彈速度快約8倍的高(gao)速飛行(xing)器(qi)在飛行(xing)中靠近(jin)時，即(ji)使在太陽強(qiang)光直射時，光學成(cheng)像敏感器(qi)這一飛行(xing)器(qi)的“眼睛”也不能眨動(dong)，還得(de)給(gei)目標(biao)飛行(xing)器(qi)上(shang)的目標(biao)標(biao)志器(qi)拍照，對(dui)照片實時分(fen)析后判斷距(ju)離和姿態(tai)信息。
在之(zhi)前神舟飛船與天宮一號(hao)目標飛行器(qi)的交會(hui)對(dui)接(jie)任(ren)務(wu)中，應(ying)用的都是第一代(dai)(dai)(dai)交會(hui)對(dui)接(jie)光學成像(xiang)敏感(gan)器(qi)，其(qi)第二代(dai)(dai)(dai)產(chan)品(pin)目前應(ying)用于(yu)部分(fen)試驗(yan)衛星上(shang)，均圓滿(man)完成了測量任(ren)務(wu)，表現出(chu)色。研制團隊并沒有(you)滿(man)足現狀，在前兩代(dai)(dai)(dai)產(chan)品(pin)的基礎上(shang)，著眼未(wei)來，研發了新一代(dai)(dai)(dai)產(chan)品(pin)。
“太空中太陽光的照射強度是地(di)球上(shang)的3~5倍，飛行器的‘眼睛(jing)’在(zai)交(jiao)會(hui)對接(jie)時很(hen)容(rong)易(yi)被閃壞。”502所光學成像敏(min)感(gan)器事業部(bu)主任(ren)設計師龔德(de)鑄介紹，通(tong)過(guo)采用新技(ji)術，第三代交(jiao)會(hui)對接(jie)光學成像敏(min)感(gan)器已煉成“火(huo)眼金睛(jing)”，即使在(zai)強光環境下也能“看清”目(mu)標，極(ji)大地(di)提(ti)高了交(jiao)會(hui)對接(jie)的可靠性。
“抗雜散光能(neng)力的提高還使(shi)(shi)得飛(fei)行器(qi)交會對接(jie)的工作(zuo)弧段變長，在軌可對接(jie)時間(jian)達(da)到原來的2倍左右，相應(ying)也使(shi)(shi)飛(fei)行器(qi)發射窗口期有(you)了(le)更(geng)大選擇(ze)余地。”原飛(fei)船控制分(fen)系統主任設計師(shi)、502所科技(ji)委副主任解永春介紹(shao)。
此(ci)外，研(yan)制人員還將第(di)三代產品對于(yu)目(mu)標(biao)的首次捕獲時(shi)(shi)間提(ti)高(gao)了(le)一(yi)個數量(liang)級——由原來(lai)的約10秒提(ti)高(gao)至(zhi)不到(dao)1秒。“這(zhe)個時(shi)(shi)間就好比司機(ji)開車時(shi)(shi)被強光(guang)晃到(dao)眼(yan)睛(jing)后恢(hui)復正常視力的時(shi)(shi)間。” 產品設計師郭紹剛(gang)解釋說。與(yu)此(ci)同時(shi)(shi)，第(di)三代“眼(yan)睛(jing)”從看到(dao)目(mu)標(biao)到(dao)做出判斷的響(xiang)應時(shi)(shi)間也大(da)大(da)縮短，更好地(di)保(bao)證(zheng)了(le)交會(hui)對接過程的安全。
將用于天宮(gong)二號和空間站
“第三代交會對接(jie)光(guang)學(xue)(xue)成像(xiang)敏感器將應用于天宮二號目標飛行(xing)器以(yi)及中國(guo)空間站。”502所光(guang)學(xue)(xue)成像(xiang)敏感器事業部副部長王(wang)立透露。
據介紹，未來我(wo)國(guo)空間站全(quan)天時(shi)的人員(yuan)和貨物(wu)運輸更加講(jiang)究對交會對接時(shi)間的把握(wo)，而(er)第三代產品可(ke)以很好(hao)地(di)滿(man)足這一需求。同時(shi)，新一代產品研制工作的圓滿(man)完成(cheng)，也為后續研發(fa)團(tuan)隊細化研發(fa)、使產品更好(hao)地(di)與當前(qian)航天任務多(duo)樣化相適應，打下(xia)了良好(hao)基(ji)礎。
在航(hang)(hang)天(tian)(tian)領域，導航(hang)(hang)敏感器(qi)分為兩類：一(yi)類是(shi)針對(dui)(dui)神舟飛(fei)船與天(tian)(tian)宮一(yi)號(hao)目標飛(fei)行器(qi)等(deng)在軌服役(yi)航(hang)(hang)天(tian)(tian)器(qi)的(de)(de)交會(hui)對(dui)(dui)接光學成像敏感器(qi)（CRDS），后(hou)續的(de)(de)在軌加注操(cao)作等(deng)也需(xu)要(yao)這(zhe)類產品提供(gong)保障(zhang)；另一(yi)類則是(shi)針對(dui)(dui)失效衛星或空間碎片(pian)的(de)(de)交會(hui)測量光學成像敏感器(qi)（NLS）。
將來，CRDS可(ke)拓展應(ying)用(yong)于空(kong)間在軌(gui)服(fu)務(wu)、飛(fei)機空(kong)中自動加(jia)油、水下無人航(hang)行器交會(hui)對接等(deng)領域。目前502所正在攻克(ke)的NLS技術近十年來也一直(zhi)是國際(ji)上的研究(jiu)熱點，可(ke)應(ying)用(yong)于衛星在軌(gui)加(jia)注、維(wei)護等(deng)服(fu)務(wu)。“其代表了導航(hang)敏感器的技術趨勢，具有廣(guang)闊(kuo)的應(ying)用(yong)前景。” 王立說。