三大法宝,成就“太空拥抱”

微波雷达激光雷达光学成像传感器

三大法宝,成就“太空拥抱”

在成功发射进入轨道后,两名宇航员将驾驶神舟十一号飞船直奔天宫二号空实验室 天宫二号和神舟十一号飞船空的交会对接是建造“太仓空家园的关键一步 两架飞机要保持比子弹速度快8倍的高速并毫无差别地对接在一起是极其困难的。

为了验证在空站建造的技术,神舟11号飞船和天宫2号飞船将在393公里的高度会合和对接,比以前的343公里轨道高50公里,所采用的对接方式更接近航天器在空的停泊方式 为此,有“三大法宝”来确保这次交会对接的成功,并帮助宇航员顺利进入神舟十一号飞船和天宫二号的组合,在泰泰空

微波雷达可以将天宫和飞船从“相识”、“相遇”拉至“连接”

中国航天科技第25研究所研制的交会对接微波雷达就像是实现两个航天器在外层空间交会对接的“眼睛”空 作为交会对接任务中的关键传感器,它成功完成了天宫一号与神八号、神九号与神十号之间的交会对接任务,拉动天宫与神七“相遇”,然后从“相遇”到数百公里外的“连接”。 交会对接微波雷达的应用更小、更可靠,满足了测量和通信一体化的要求。它是交会对接微波雷达系列的第二代产品。

据专家称,第二代产品继续测量第一代产品的性能。它的测量范围从北京五环的一整圈到桌子的长度。在如此大的跨度内,其测距精度可以达到普通英尺长,角度测量精度可以达到更高的水平,相当于人眼测试视觉时相邻两行之间的角度。 速度测量的误差基本上小于蚂蚁的爬行速度。 此外,与第一代产品相比,第二代产品有“瘦身”、“说话”和“抗冲击”三大改进:体积和重量比原产品减少一半,功耗降低到原产品的2/3;实现了测量与交流的一体化功能,无声的“眼睛”也可以说话。 同时,它能更好地应对高能粒子的冲击,进一步提高产品的可靠性。

激光雷达可以完成中短程目标信息的高精度测量。

神舟十一号飞船要想赶上天宫二号,必须随时掌握天宫的实时轨迹。 因此,他们分别配备激光雷达和光学成像传感器,就像他们有“金色的眼睛”,即使他们太空暗,他们也不怕找到对方。

天宫二号配备了中国电科部开发的激光雷达合作目标,神舟十一号飞船配备了激光雷达主机和信息处理器。探测的基本过程是安装在神舟十一号飞船上的激光雷达系统发射激光束,照射天宫二号并返回信号。激光雷达系统然后计算和分析接收到的返回信号。

中国电机科学激光雷达项目副总工程师吴登喜表示,激光雷达作为交会对接控制测量的关键传感器之一,将完成中短程目标距离、角度、变化率等信息的实时高精度测量,支持导航控制系统完成控制任务。 天宫二号搭载的激光雷达合作目标装载了特殊的玻璃棱镜,可以从多个方向大范围反射激光雷达光信号,并与激光雷达合作完成距离和角度等飞行参数的测量,从而保证航天器的准确对接。

未来,空间站上可能有多个方向的接口,这就需要飞行器从一个对接口绕到另外一个对接口进行对接,因此在后续任务中增加了飞船绕飞试验。这时,激光雷达也可以发挥重大作用,在对接过程中始终“不眨眼”,引导飞船控制和保障与突出物体保持足够的安全距离。

光学成像敏感器能精确捕捉对接口,完成对接动作

当神舟十一号飞船和天宫二号越来越接近,从相距150米到最终完成对接,这一阶段的技术难度和风险都极高。此时,天宫二号、神舟十一号飞船仍是保持着高速运动,为了毫厘不差地对接在一起,一双犀利而精准的“对接天眼”必不可少在神舟十一号飞船上装有交会对接光学成像敏感器(CRDS),在近距离平移靠拢天宫二号时,通过它测量相对位置和姿态,精确捕捉天宫二号的对接口,完成对接动作。

中国航天科技集团五院技术人员龚德铸介绍说,此次任务中,“对接天眼”全新升级,在太阳杂光抑制能力、识别目标敏感度上有了大幅提升。在太空中,太阳光的照射强度是地球上的3到5倍,会影响光学敏感器的性能,甚至在交会对接时很容易被闪坏。以往交会对接时要选择光线合适的时机,抢抓一天中最为合适的数小时“窗口期”。而天宫二号和神舟十一号飞船已经可以实现准全天候实时对接,这将有力地支撑航天器在太空进行突发维修补给或航天员应急救生。

同时,技术人员还将敏感器首次捕获时间提高了一个数量级由原来的约10秒提高至几百毫秒。敏感器从看到目标到做出判断的响应时间也大大缩短。中国航天科技集团五院敏感器设计师刘启海说。(记者 余建斌 冯华)