作者:王佳雯 王雪姣 秦实 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/4/22 15:32:32
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助力天舟天宫首度牵手的“光”与“眼”

 

4月22日,天舟一号与天宫二号组成组合体,完成首次对接。

成功实现交会对接,天舟一号需要准确掌握天宫二号的距离、速度等数据,并调整姿态,慢慢靠近直至完美对接。这其中,中国电子科技集团研发的激光交会对接雷达和光学成像敏感器“光”与“眼”发挥了至关重要的作用。

激光雷达擦亮对接“智慧眼”

“在对接过程中,两个飞行器飞行速度为7.9公里/秒,要在如此速度下完成绕飞对接和快速交会对接,这就要求激光雷达始终保持较为宽广的视角和更高精度的测量跟踪。”中国电科激光雷达总师屈恒阔说。

作为货运飞船交会对接穿针引线的“眼睛”,激光雷达在天宫二号与天舟一号交会对接接近段和靠拢段及绕飞过程中,必须迅速准确地完成对天宫二号目标飞行器的搜索、捕获、跟踪测量。

专家解释称,天舟一号搭载了激光雷达主机和信息处理机,激光雷达系统发出激光束,激光束照射到天宫二号搭载的激光雷达合作目标后返回信号,激光雷达系统再根据接收到的返回信号计算分析。

“天宫二号携带的激光雷达合作目标装载了特殊的玻璃棱镜,可以从多方位、大范围内反射激光雷达的光信号,配合激光雷达完成距离、角度等飞行参数的测量,确保飞船进行精准对接。”屈恒阔解释称。

与以往不同,此次“天舟一号”与天宫二号要完成首次交会对接、绕飞对接和自主快速交会对接三次对接,飞行器太空对接要做到百步穿杨,特别是在绕飞过程中实现“不眨眼”,这就要求激光雷达作为天舟一号的“眼睛”,具备广阔的视野、精准的测量。

基于此,研究团队对激光雷达进行了两大技术改造——增加了多对接口和绕飞过程中的目标识别功能,同时对雷达的空间长寿命进行提升。最终经过,在同等体积重量功耗下,该激光雷达工作范围比国外同类产品增大了两倍以上,实现了全范围内高精度测量跟踪。

飞船升格“无人驾驶”全靠它

天宫二号与天舟一号在太空中要经过几十万公里的追逐,完成“穿针引线”般的精准对接,从二者距离150m开始直到最终完成精准对接整个过程中,有一个被誉为“灵敏眼睛”的光学成像敏感器,让两个高速运行的飞行器更加迅速、可靠的对接在一起。而能保持这双“眼睛”持续炯炯有神,靠得便是导航定位激光信息源了。

“导航定位激光信息源是光学成像敏感器的关键组件,即使是在太空中漆黑无界,它也能发出激光,在黑暗中找到目标,传递信息;即便是在面对太阳强光的直射时,它也能发射出比阳光更加明亮的双波长激光,确保‘眼睛’不被伤害,找到目标。” 中国电子科技集团公司高级工程师刘志强介绍说。

刘志强介绍称,过去神舟系列飞船与天宫一号、天宫二号对接是实行机械对准,要通过航天员手工操作飞船对接。而“天舟一号”是无人货运飞船,实行飞船自动操作,就像汽车从手动挡突然跨越到无人驾驶,对技术的要求非常高。

“在本次航天任务中,激光信息源面临着在轨时间长、使用次数多、对接速度快和在阳照区环境实施对接等多重考验,对接精度必须精确到毫米级,可以说,交会对接难度非常大。”刘志强告诉记者。

基于此,项目团队结合航天实际应用进行产品原理和工艺的全新设计,进行了完整、充分的相关环境试验,经过2000多次的试验,最终研制出了具有可靠性更高、重量更轻等特点的第三代产品。

“激光信息源产品不大,但技术含量极高,且生产工艺也非常复杂,包括表面处理、研磨、填胶、固封、喷漆、电装、装配、绝缘电阻测试等数十道工序。” 刘志强介绍称,未来导航定位激光信息源将根据反馈数据,将进一步完善产品,应用到更多的交会对接任务中,并开展在星间通信、空中围栏、空间站机械臂、卫星燃料加注和维修等相关领域的应用研究。

 
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