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“天宫二号”与“神舟十一号”将有更好“眼神”

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新华社北京9月16日电(屈婷 喻菲 伍轩)9月15日,“天宫二号”成功发射升空。十月中下旬,它将会在距离地面393公里的轨道高度上,与神舟十一号飞船交会对接

(新华社记者贺萌绘制)

想象一下,在茫茫宇宙中,两个航天器要经过几十万公里的追逐,完成“穿针引线”的动作,以比子弹速度快约8倍的速度靠近,最终联成一体,完成交会对接任务。

一个名为光学成像敏感器(CRDS)的“眼睛”,正是确保整个交会对接过程“万无一失”的关键。

(小标题)为何要更新换代?

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CCD光学成像敏感器,该产品圆满完成了测量任务,表现出色。

CRDS承担着CCD光学成像敏感器更新换代的重任,为什么要更新换代?

中国航天科技集团五院502所产品主任设计师龚德铸给出了答案:“在太空中,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,正因太阳杂光对产品的导航影响,CCD光学成像敏感器对飞船的对接时机提出了一定的约束,这就需要我们去突破。”

在“天宫二号”及以后的空间站任务中,交会对接已变成了一项常态化的任务,特别是在一些快速交会对接任务中,例如临时发射飞船进行维修补给或航天员应急救生等,要求导航设备要具备适应更宽松交会对接窗口的能力,这就对光学成像敏感器的太阳杂光抑制能力提出了更高的要求。

(小标题)承担平移靠拢段交会对接的重任

在任务中,从二者相距150米到最终对接完成阶段称为平移靠拢段,这一阶段是交会对接最关键的阶段,也是要求最高、难度最大、风险极大的阶段。

在这个阶段里,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。这是它在“神舟十一号”和“天宫二号”的交会对接任务中首次亮相。

(图为“天宫二号”。图片来源:中国航天科技集团五院)

光学成像敏感器是用于运输飞船与目标飞行器交会对接的近距离成像测量敏感器,由位于运输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。

如果飞行器的“眼神儿”不好使,会导致交会对接任务失败,甚至两个飞行器碰撞,将严重威胁航天员和飞船的安全。因此,光学成像敏感器成为了关系交会对接任务成败的关键单机,不容出现任何闪失。

(小标题)新一代“天眼”实现全天候对接

新一代的“对接天眼”,杂光抑制能力列为各项指标的重中之重。

据五院研制团队透露,他们改变敏感器的测量体制,利用差分视觉测量原理,获得交会对接两飞行器的位置姿态信息,从原理上克服了杂光干扰的技术瓶颈,然后优选抗溢出能力强成像器件,替代原CCD光学成像敏感器中的CCD器件,大幅提高敏感器对强光的适应能力,在照明光束谱段的选择上尽量避开了太阳光谱辐射较强的波段。

通过采用新技术,CRDS已炼成“火眼金睛”,即使在强光环境下也能“看清”目标。杂光专项试验表明,产品具备了在任意光照条件下准全天候稳定测量能力,极大地提高了交会对接的可靠性。

此外,研制人员还将首次捕获时间提高了一个数量级——由原来的约十秒提高至不到1秒。“这个时间就好比司机在开车时被强光晃到眼睛之后恢复正常视力的时间, 眼睛 从看到目标到做出判断的响应时间也大大缩短。”产品设计师刘启海说。

与此同时,产品在精度、重量、功耗等关键技术指标方面均超过了国际同类产品水平,更好地保证了交会对接过程的安全性。

未来,交会对接光学成像敏感器可扩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,进一步提升航天器空间在轨运行能力,具有广阔的应用前景。(完)

(原标题:“天宫二号”与“神舟十一号”将有更好“眼神”)

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