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中国第三代交会对接光学成像敏感器研制成功

作为该敏感器承研单位,中国航天科技集团公司五院502所从2011年开始,历经4年技术攻关,完成了第三代产品的研制工作。新一代产品的关键技术指标已经达到甚至超过国际先进水平。

“万里穿针”需好“眼”

光学成像敏感器是用于飞船与目标飞行器交会对接的近距离成像测量敏感器,由位于飞船上的相机和位于目标飞行器上的目标标志器组成。相机通过对标志器进行成像测量,得到飞船与目标飞行器间的相对位置和相对姿态数据,为两个飞行器提供相对导航的测量信息。

飞船与目标飞行器在太空交会对接,要经过几十万公里的追逐,完成“穿针引线”的动作,上演完美之“吻”,最终联成一体。其平移靠拢是最关键的阶段,也是难度最大、要求最高、风险极大的阶段。从二者距离150米开始直到最终完成对接,光学成像敏感器是唯一同时具备位置和姿态相对测量能力的敏感器,好比飞行器的“眼睛”。

“‘眼神儿’如果不好使,会导致交会对接任务失败甚至是两个飞行器碰撞,将会严重威胁航天员和飞船的安全。”原产品主任设计师、502所光学成像敏感器事业部党支部书记赵春晖说,因此,光学成像敏感器成为关系交会对接任务成败的关键单机,不容出现任何闪失。

全面提高安全性

当两个比子弹速度快约8倍的高速飞行器在飞行中靠近时,即使在太阳强光直射时,光学成像敏感器这一飞行器的“眼睛”也不能眨动,还得给目标飞行器上的目标标志器拍照,对照片实时分析后判断距离和姿态信息。

在之前神舟飞船与天宫一号目标飞行器的交会对接任务中,应用的都是第一代交会对接光学成像敏感器,其第二代产品目前应用于部分试验卫星上,均圆满完成了测量任务,表现出色。研制团队并没有满足现状,在前两代产品的基础上,着眼未来,研发了新一代产品。

“太空中太阳光的照射强度是地球上的3~5倍,飞行器的‘眼睛’在交会对接时很容易被闪坏。”502所光学成像敏感器事业部主任设计师龚德铸介绍,通过采用新技术,第三代交会对接光学成像敏感器已炼成“火眼金睛”,即使在强光环境下也能“看清”目标,极大地提高了交会对接的可靠性。

“抗杂散光能力的提高还使得飞行器交会对接的工作弧段变长,在轨可对接时间达到原来的2倍左右,相应也使飞行器发射窗口期有了更大选择余地。”原飞船控制分系统主任设计师、502所科技委副主任解永春介绍。

此外,研制人员还将第三代产品对于目标的首次捕获时间提高了一个数量级——由原来的约10秒提高至不到1秒。“这个时间就好比司机开车时被强光晃到眼睛后恢复正常视力的时间。” 产品设计师郭绍刚解释说。与此同时,第三代“眼睛”从看到目标到做出判断的响应时间也大大缩短,更好地保证了交会对接过程的安全。

将用于天宫二号和空间站

“第三代交会对接光学成像敏感器将应用于天宫二号目标飞行器以及中国空间站。”502所光学成像敏感器事业部副部长王立透露。

据介绍,未来我国空间站全天时的人员和货物运输更加讲究对交会对接时间的把握,而第三代产品可以很好地满足这一需求。同时,新一代产品研制工作的圆满完成,也为后续研发团队细化研发、使产品更好地与当前航天任务多样化相适应,打下了良好基础。

在航天领域,导航敏感器分为两类:一类是针对神舟飞船与天宫一号目标飞行器等在轨服役航天器的交会对接光学成像敏感器(CRDS),后续的在轨加注操作等也需要这类产品提供保障;另一类则是针对失效卫星或空间碎片的交会测量光学成像敏感器(NLS)。

将来,CRDS可拓展应用于空间在轨服务、飞机空中自动加油、水下无人航行器交会对接等领域。目前502所正在攻克的NLS技术近十年来也一直是国际上的研究热点,可应用于卫星在轨加注、维护等服务。“其代表了导航敏感器的技术趋势,具有广阔的应用前景。” 王立说。(崔恩慧 薛英民)

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