信息來(lái)源：中國(guó)航天報(bào) 

    我國(guó)天宮二號(hào)目標(biāo)飛行器以及中國(guó)空間站太空交會(huì)對(duì)接將擁有“火眼金睛”——我國(guó)首臺(tái)第三代交會(huì)對(duì)接光學(xué)成像敏感器。該敏感器不僅“看得清”還能“看得遠(yuǎn)”，從幾十萬(wàn)公里開始為飛行器與飛船“穿針引線”，最終完成對(duì)接。

    日前，我國(guó)首臺(tái)第三代交會(huì)對(duì)接光學(xué)成像敏感器研制成功。

    作為該敏感器承研單位，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院502所從2011年開始，歷經(jīng)4年技術(shù)攻關(guān)，完成了第三代產(chǎn)品的研制工作。新一代產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到甚至超過國(guó)際先進(jìn)水平。

    “萬(wàn)里穿針”需好“眼”

    光學(xué)成像敏感器是用于飛船與目標(biāo)飛行器交會(huì)對(duì)接的近距離成像測(cè)量敏感器，由位于飛船上的相機(jī)和位于目標(biāo)飛行器上的目標(biāo)標(biāo)志器組成。相機(jī)通過對(duì)標(biāo)志器進(jìn)行成像測(cè)量，得到飛船與目標(biāo)飛行器間的相對(duì)位置和相對(duì)姿態(tài)數(shù)據(jù)，為兩個(gè)飛行器提供相對(duì)導(dǎo)航的測(cè)量信息。

    飛船與目標(biāo)飛行器在太空交會(huì)對(duì)接，要經(jīng)過幾十萬(wàn)公里的追逐，完成“穿針引線”的動(dòng)作，上演完美之“吻”，最終聯(lián)成一體。其平移靠攏是最關(guān)鍵的階段，也是難度最大、要求最高、風(fēng)險(xiǎn)極大的階段。從二者距離150米開始直到最終完成對(duì)接，光學(xué)成像敏感器是唯一同時(shí)具備位置和姿態(tài)相對(duì)測(cè)量能力的敏感器，好比飛行器的“眼睛”。

    “‘眼神兒’如果不好使，會(huì)導(dǎo)致交會(huì)對(duì)接任務(wù)失敗甚至是兩個(gè)飛行器碰撞，將會(huì)嚴(yán)重威脅航天員和飛船的安全。”原產(chǎn)品主任設(shè)計(jì)師、502所光學(xué)成像敏感器事業(yè)部黨支部書記趙春暉說，因此，光學(xué)成像敏感器成為關(guān)系交會(huì)對(duì)接任務(wù)成敗的關(guān)鍵單機(jī)，不容出現(xiàn)任何閃失。

    全面提高安全性

    當(dāng)兩個(gè)比子彈速度快約8倍的高速飛行器在飛行中靠近時(shí)，即使在太陽(yáng)強(qiáng)光直射時(shí)，光學(xué)成像敏感器這一飛行器的“眼睛”也不能眨動(dòng)，還得給目標(biāo)飛行器上的目標(biāo)標(biāo)志器拍照，對(duì)照片實(shí)時(shí)分析后判斷距離和姿態(tài)信息。

    在之前神舟飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器的交會(huì)對(duì)接任務(wù)中，應(yīng)用的都是第一代交會(huì)對(duì)接光學(xué)成像敏感器，其第二代產(chǎn)品目前應(yīng)用于部分試驗(yàn)衛(wèi)星上，均圓滿完成了測(cè)量任務(wù)，表現(xiàn)出色。研制團(tuán)隊(duì)并沒有滿足現(xiàn)狀，在前兩代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，著眼未來(lái)，研發(fā)了新一代產(chǎn)品。

    “太空中太陽(yáng)光的照射強(qiáng)度是地球上的3~5倍，飛行器的‘眼睛’在交會(huì)對(duì)接時(shí)很容易被閃壞。”502所光學(xué)成像敏感器事業(yè)部主任設(shè)計(jì)師龔德鑄介紹，通過采用新技術(shù)，第三代交會(huì)對(duì)接光學(xué)成像敏感器已煉成“火眼金睛”，即使在強(qiáng)光環(huán)境下也能“看清”目標(biāo)，極大地提高了交會(huì)對(duì)接的可靠性。

    “抗雜散光能力的提高還使得飛行器交會(huì)對(duì)接的工作弧段變長(zhǎng)，在軌可對(duì)接時(shí)間達(dá)到原來(lái)的2倍左右，相應(yīng)也使飛行器發(fā)射窗口期有了更大選擇余地。”原飛船控制分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師、502所科技委副主任解永春介紹。

    此外，研制人員還將第三代產(chǎn)品對(duì)于目標(biāo)的首次捕獲時(shí)間提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)——由原來(lái)的約10秒提高至不到1秒。“這個(gè)時(shí)間就好比司機(jī)開車時(shí)被強(qiáng)光晃到眼睛后恢復(fù)正常視力的時(shí)間。”產(chǎn)品設(shè)計(jì)師郭紹剛解釋說。與此同時(shí)，第三代“眼睛”從看到目標(biāo)到做出判斷的響應(yīng)時(shí)間也大大縮短，更好地保證了交會(huì)對(duì)接過程的安全。

    將用于天宮二號(hào)和空間站

    “第三代交會(huì)對(duì)接光學(xué)成像敏感器將應(yīng)用于天宮二號(hào)目標(biāo)飛行器以及中國(guó)空間站。”502所光學(xué)成像敏感器事業(yè)部副部長(zhǎng)王立透露。

    據(jù)介紹，未來(lái)我國(guó)空間站全天時(shí)的人員和貨物運(yùn)輸更加講究對(duì)交會(huì)對(duì)接時(shí)間的把握，而第三代產(chǎn)品可以很好地滿足這一需求。同時(shí)，新一代產(chǎn)品研制工作的圓滿完成，也為后續(xù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)細(xì)化研發(fā)、使產(chǎn)品更好地與當(dāng)前航天任務(wù)多樣化相適應(yīng)，打下了良好基礎(chǔ)。

    在航天領(lǐng)域，導(dǎo)航敏感器分為兩類：一類是針對(duì)神舟飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器等在軌服役航天器的交會(huì)對(duì)接光學(xué)成像敏感器(CRDS)，后續(xù)的在軌加注操作等也需要這類產(chǎn)品提供保障；另一類則是針對(duì)失效衛(wèi)星或空間碎片的交會(huì)測(cè)量光學(xué)成像敏感器(NLS)。

    將來(lái)，CRDS可拓展應(yīng)用于空間在軌服務(wù)、飛機(jī)空中自動(dòng)加油、水下無(wú)人航行器交會(huì)對(duì)接等領(lǐng)域。目前502所正在攻克的NLS技術(shù)近十年來(lái)也一直是國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，可應(yīng)用于衛(wèi)星在軌加注、維護(hù)等服務(wù)。“其代表了導(dǎo)航敏感器的技術(shù)趨勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。”王立說。