我國天宮二號目標(biāo)飛行器以及中國空間站太空交會對接將擁有“火眼金睛"——我國*第三代交會對接光學(xué)成像敏感器。該敏感器不僅“看得清"還能“看得遠"，從幾十萬公里開始為飛行器與飛船“穿針引線"，zui終完成對接。
日前，我國*第三代交會對接光學(xué)成像敏感器研制成功。
作為該敏感器承研單位，*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)達到甚至超過*水平。
“*穿針"需好“眼"
光學(xué)成像敏感器是用于飛船與目標(biāo)飛行器交會對接的近距離成像測量敏感器，由位于飛船上的相機和位于目標(biāo)飛行器上的目標(biāo)標(biāo)志器組成。相機通過對標(biāo)志器進行成像測量，得到飛船與目標(biāo)飛行器間的相對位置和相對姿態(tài)數(shù)據(jù)，為兩個飛行器提供相對導(dǎo)航的測量信息。
飛船與目標(biāo)飛行器在太空交會對接，要經(jīng)過幾十萬公里的追逐，完成“穿針引線"的動作，上演之“吻"，zui終聯(lián)成一體。其平移靠攏是zui關(guān)鍵的階段，也是難度zui大、要求zui高、風(fēng)險*的階段。從二者距離150米開始直到zui終完成對接，光學(xué)成像敏感器是*同時具備位置和姿態(tài)相對測量能力的敏感器，好比飛行器的“眼睛"。
“‘眼神兒’如果不好使，會導(dǎo)致交會對接任務(wù)失敗甚至是兩個飛行器碰撞，將會嚴重威脅航天員和飛船的安全。"原產(chǎn)品主任設(shè)計師、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)系交會對接任務(wù)成敗的關(guān)鍵單機，不容出現(xiàn)任何閃失。
全面提高安全性
當(dāng)兩個比zi彈速度快約8倍的高速飛行器在飛行中靠近時，即使在太陽強光直射時，光學(xué)成像敏感器這一飛行器的“眼睛"也不能眨動，還得給目標(biāo)飛行器上的目標(biāo)標(biāo)志器拍照，對照片實時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目標(biāo)飛行器的交會對接任務(wù)中，應(yīng)用的都是*代交會對接光學(xué)成像敏感器，其第二代產(chǎn)品目前應(yīng)用于部分試驗衛(wèi)星上，均圓滿完成了測量任務(wù)，表現(xiàn)出色。研制團隊并沒有滿足現(xiàn)狀，在前兩代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，著眼未來，研發(fā)了新一代產(chǎn)品。
“太空中太陽光的照射強度是地球上的3~5倍，飛行器的‘眼睛’在交會對接時很容易被閃壞。"502所光學(xué)成像敏感器事業(yè)部主任設(shè)計師龔德鑄介紹，通過采用新技術(shù)，第三代交會對接光學(xué)成像敏感器已煉成“火眼金睛"，即使在強光環(huán)境下也能“看清"目標(biāo)，*地提高了交會對接的可靠性。
“抗雜散光能力的提高還使得飛行器交會對接的工作弧段變長，在軌可對接時間達到原來的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)品對于目標(biāo)的捕獲時間提高了一個數(shù)量級——由原來的約10秒提高至不到1秒?！斑@個時間就好比司機開車時被強光晃到眼睛后恢復(fù)正常視力的時間。"產(chǎn)品設(shè)計師郭紹剛解釋說。與此同時，第三代“眼睛"從看到目標(biāo)到做出判斷的響應(yīng)時間也大大縮短，更好地保證了交會對接過程的安全。
將用于天宮二號和空間站
“第三代交會對接光學(xué)成像敏感器將應(yīng)用于天宮二號目標(biāo)飛行器以及中國空間站。"502所光學(xué)成像敏感器事業(yè)部副部長王立透露。
據(jù)介紹，未來我國空間站全天時的人員和貨物運輸更加講究對交會對接時間的把握，而第三代產(chǎn)品可以很好地滿足這一需求。同時，新一代產(chǎn)品研制工作的圓滿完成，也為后續(xù)研發(fā)團隊細化研發(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：一類是針對神舟飛船與天宮一號目標(biāo)飛行器等在軌服役航天器的交會對接光學(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；另一類則是針對失效衛(wèi)星或空間碎片的交會測量光學(xué)成像敏感器(NLS)。
將來，CRDS可拓展應(yīng)用于空間在軌服務(wù)、飛機空中自動加油、水下無人航行器交會對接等領(lǐng)域。目前502所正在攻克的NLS技術(shù)近十年來也一直是上的研究熱點，可應(yīng)用于衛(wèi)星在軌加注、維護等服務(wù)?！捌浯砹藢?dǎo)航敏感器的技術(shù)趨勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。"王立說。
