天舟一號天宮二號對接成功,兩個飛行器飛行速度為7.9公里/秒。4月20日,天舟一號“快遞員”在文昌發(fā)射基地成功升空;4月22日,天舟一號與天宮二號組成組合體,完成首次對接。
要想完成對接,天舟一號需要掌握天宮二號的距離、速度等數(shù)據(jù),然后調(diào)整姿態(tài),慢慢靠近直至完美對接。這個過程中,中國電子科技集團公司提供的兩件智慧“法寶”——激光交會對接雷達(dá)和光學(xué)成像敏感器這些“光眼”,發(fā)揮了至關(guān)重要作用。
信號互傳,激光雷達(dá)擦亮對接“智慧眼”
“在對接過程中,兩個飛行器飛行速度為7.9公里/秒,要在如此速度下完成繞飛對接和快速交會對接,這就要求激光雷達(dá)始終保持較為寬廣的視角和更高精度的測量跟蹤。”中國電科激光雷達(dá)總師屈恒闊說。
作為貨運飛船交會對接穿針引線的“眼睛”,激光雷達(dá)在天宮二號與天舟一號交會對接接近段和靠攏段及繞飛過程中,必須迅速準(zhǔn)確地完成對天宮二號目標(biāo)飛行器的搜索、捕獲、跟蹤測量。
據(jù)屈恒闊介紹,在天宮二號上搭載了中國電科研制的激光雷達(dá)合作目標(biāo),天舟一號搭載了激光雷達(dá)主機和信息處理機。其探測的基本過程,是由安裝在飛船上的激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)出激光束,激光束照射到天宮二號上后返回信號,激光雷達(dá)系統(tǒng)再根據(jù)接收到的返回信號計算分析。“天宮二號攜帶的激光雷達(dá)合作目標(biāo)裝載了特殊的玻璃棱鏡,可以從多方位、大范圍內(nèi)反射激光雷達(dá)的光信號,配合激光雷達(dá)完成距離、角度等飛行參數(shù)的測量,確保飛船進(jìn)行精準(zhǔn)對接。”
與以往不同,此次“天舟一號”與天宮二號要完成首次交會對接、繞飛對接和自主快速交會對接三次對接,飛行器太空對接要做到百步穿楊,特別是在繞飛過程中實現(xiàn)“不眨眼”,這就要求激光雷達(dá)作為天舟一號的“眼睛”,具備廣闊的視野、精準(zhǔn)的測量。
基于此,中國電科對激光雷達(dá)進(jìn)行了兩大技術(shù)改造,首先增加了多對接口和繞飛過程中的目標(biāo)識別功能,根據(jù)繞飛任務(wù)的特點,設(shè)計了室內(nèi)、室外、高點等試驗驗證方案,完成了繞飛功能的設(shè)計、相關(guān)試驗驗證。
其次,對雷達(dá)的空間長壽命進(jìn)行提升。本次天舟一號任務(wù)為期半年左右,對激光雷達(dá)的在軌壽命和可靠性提出了更高的要求。中國電科對空間環(huán)境下的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行反復(fù)查找,加強了技術(shù)狀態(tài)管理控制,用數(shù)據(jù)確保在航天動平臺上的高安全性和高可靠性。
最終實現(xiàn),在同等體積重量功耗下,中國電科的激光雷達(dá)工作范圍比國外同類產(chǎn)品增大了兩倍以上,實現(xiàn)了全范圍內(nèi)高精度測量跟蹤。
“激光雷達(dá)是交會對接接近段、靠攏段、繞飛過程中精密測量不可缺少的手段,將直接推動我國載人航天進(jìn)入空間站研制階段。后續(xù),激光雷達(dá)將廣泛應(yīng)用于各飛行器交會對接領(lǐng)域,為未來空間站、載人登月、深空探測等任務(wù)保駕護航。”
導(dǎo)航定位激光信息源,助飛船從“手動擋”升格為“無人駕駛”
天宮二號與天舟一號在太空中要經(jīng)過幾十萬公里的追逐,完成“穿針引線”般的精準(zhǔn)對接,從二者距離150m開始直到最終完成精準(zhǔn)對接整個過程中,有一個被譽為“靈敏眼睛”的光學(xué)成像敏感器,該設(shè)備能讓兩個高速運行的飛行器更加迅速、可靠的對接在一起。而能保持這雙“眼睛”持續(xù)炯炯有神,就要靠中國電科研制的導(dǎo)航定位激光信息源了。
“導(dǎo)航定位激光信息源是光學(xué)成像敏感器的關(guān)鍵組件,即使是在太空中漆黑無界,它也能發(fā)出激光,在黑暗中找到目標(biāo),傳遞信息;即便是在面對太陽強光的直射時,它也能發(fā)射出比陽光更加明亮的雙波長激光,確保‘眼睛’不被傷害,找到目標(biāo)。” 中國電子科技集團公司高級工程師劉志強介紹說。
劉志強說,過去,神舟系列飛船與天宮一號、天宮二號對接時,是實行機械對準(zhǔn),即航天員手工操作飛船對接,必須對航天員進(jìn)行長期訓(xùn)練,以確保完成任務(wù)。而“天舟一號”是無人貨運飛船,實行飛船自動操作,就像人們開車時從手動擋突然跨越到無人駕駛,其對技術(shù)的要求更高。
“在本次航天任務(wù)中,激光信息源面臨著在軌時間長、使用次數(shù)多、對接速度快和在陽照區(qū)環(huán)境實施對接等多重考驗,對接精度必須精確到毫米級,可以說,交會對接難度非常大。”
基于此,中國電科的項目團隊在有限的時間內(nèi),結(jié)合航天實際應(yīng)用進(jìn)行產(chǎn)品原理和工藝的全新設(shè)計,進(jìn)行了完整、充分的相關(guān)環(huán)境試驗,經(jīng)過2000多次的試驗,最終研制出第三代產(chǎn)品,其可靠性更高、重量更輕、體積更小、功耗更低,高抗輻照、傳導(dǎo)熱能力強,主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。而這個過程可謂艱辛。
“激光信息源產(chǎn)品不大,但技術(shù)含量極高,且生產(chǎn)工藝也非常復(fù)雜,包括表面處理、研磨、填膠、固封、噴漆、電裝、裝配、絕緣電阻測試等數(shù)十道工序。” 劉志強說。2012年,當(dāng)團隊完成第一代產(chǎn)品設(shè)計制造,在進(jìn)行環(huán)境試驗時發(fā)現(xiàn),,設(shè)備在真空環(huán)境下會出現(xiàn)故障,而離開真空環(huán)境又恢復(fù)正常。“為了排除故障,在一個月內(nèi)連續(xù)開展了100多次試驗。經(jīng)過層層排查,才最終發(fā)現(xiàn)其中一個器件的光纖有損傷,肉眼看不到,必須借助精密儀器才能發(fā)現(xiàn)。”
據(jù)悉,劉志強和團隊成員還為每套產(chǎn)品建立了數(shù)據(jù)包的“成長簿”,上面詳細(xì)記錄著諸如每個螺絲在安裝時擰了多少圈、用了多大力度的數(shù)據(jù)。每個數(shù)據(jù)包用A4紙打印疊起來高約70厘米。
過程雖艱辛,卻也充滿樂趣。項目組成員經(jīng)常笑稱:“看著它從無到有、逐漸成長,數(shù)據(jù)包就像她的人生檔案一樣,記錄著她成長的點點滴滴和歷史使命,它就像自己的女兒一樣。”
未來,導(dǎo)航定位激光信息源將根據(jù)反饋數(shù)據(jù),進(jìn)一步完善產(chǎn)品,應(yīng)用到更多的交會對接任務(wù)中,除此以外,還將開展在星間通信、空中圍欄、空間站機械臂、衛(wèi)星燃料加注和維修,飛機空中加油和水下無人航行器等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。
責(zé)任編輯:陳錦娜
- 圓滿!天舟一號與天宮二號成功完成首次"太空加油"2017-04-27
- 天舟一號天宮二號對接成功 快遞小哥運貨能力世界一流2017-04-23
- 天舟一號與天宮二號順利完成自動交會對接2017-04-22
- 天舟一號五大亮點四大任務(wù)是什么?天舟一號運貨能力世界第一2017-04-21
- 天舟一號引世界關(guān)注!美國航天媒體:認(rèn)為天舟一號沒什么稀奇大錯特錯2017-04-21
- 天舟一號發(fā)射成功全程視頻觀看 天舟一號此行的任務(wù)是什么2017-04-21
- 天舟一號最新消息 天舟一號貨運飛船太空行有五大亮點2017-04-21
- 天舟一號發(fā)射成功 充當(dāng)快遞小哥提供補給支持 天舟一號躋身世界前列2017-04-21
- 天舟一號成功發(fā)射 蒙牛“航天品質(zhì)”營養(yǎng)助力飛天夢2017-04-21
- 天舟一號可為空間站補燃料 把“快遞”從地球做到太空2017-04-21
已有0人發(fā)表了評論