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高科技助神舟飞船与空间站交会对接

2021年6月17日15时54分,神舟十二号飞船与空间站成功交会对接,中国航天员首次进入了自己的太空家园,他们将在这里工作生活数月,成为我国空间科研和太空生活的开拓者。由长春光机所研制的光学成像敏感器光学系统及激光投射散斑抑制系统两个关键组件和TV摄像机、十字靶标、TV瞄准镜等设备在神舟十二号、天舟二号两飞船与空间站的交会对接中发挥了重要作用。

承担这次交会对接精确瞄准的设备是第三代光学成像敏感器,由中国航天五院502所承制,其中光学成像敏感器光学系统及激光投射散斑抑制系统两个关键组件,由科院长春光机所研制。与前两代光学成像敏感器相比,有着更大的捕获范围、更高的瞄准精度以及更强的抗杂光干扰能力。

两个比子弹速度快约8倍的高速飞行器在轨道上要进行捕获和对准并非易事。光学成像敏感器激光投射散斑抑制系统就好像一把特殊的“手电”,而光学成像敏感器光学系统则是一只锐利的“眼睛”。神舟飞船用“手电”照射空间站上的合作目标,然后“眼睛”通过判读合作目标的分布关系,确定两个飞行器的相对位置,修正偏差,实现精准对接。

这把“手电”到底特殊在哪呢?原来这把“手电”——光学成像敏感器激光投射散斑抑制系统发射的是两种不同波长的激光,它将由于干涉效应明暗不均的激光散斑进行匀化,使得在±17°范围内的激光分布均匀。如果没有它,当神舟飞船的“眼睛”看空间站时就会有时“晃眼睛”有时“看不清”。而正因为有了这把特殊的“手电”,神舟飞船在全视场范围内都可以“看清”空间站,确保了两个飞行器实现交会对接。

而神舟飞船的这只“眼睛”也不一般。两个飞行器在偌大的太空中要实现交会对接就好比在穿针引线,不可差一丝一毫。这只“眼睛”——光学成像敏感器光学系统的绝对畸变误差为1微米。有了这个光学系统,第三代光学成像敏感器在两个近十米的飞行器即将对接时,可以实现不大于3mm的瞄准精度,可谓精确无误。

安装在神舟十二号上的TV摄像机和空间站上的十字靶标也是长春光机所研制的。TV摄像机是航天员在舱外的电子眼,它的任务是在手控交会对接模式当中帮助航天员和地面飞行控制中心找到并瞄准空间站上的合作“靶标”,实现精确对接,在自动交会对接中也可以实时监控两飞船的相对位置。TV摄像机和靶标不像在舱内的设备那样可以受到舱壁的保护,它安装在飞船舱外,可以在空间射线、高低温环境下正常工作。同时无论飞船位于轨道的阳照区还是阴影区,都可以在太空黑背景的条件下,对空间站上的“靶标”进行正常成像,这也是TV摄像机的独门绝活。

在神舟十二号飞船上还有一个长春光机所研制的设备——TV瞄准镜。它的关键作用是在飞船在轨飞行和返回地球的时候,为航天员实时确认飞船姿态。它有中心一个视场和周边8个视场,每一个视场都要准确无误地对准地球的相应位置,否则会造成航天员判读错误。长春光机所研制的TV摄像机和TV瞄准镜早在神舟八号时就有应用,并且在神舟八号到神舟十二号上都出色地完成了任务。

神舟飞船交会对接设备项目团队负责人是刘伟奇研究员,团队成员平均年龄在35岁左右。在研制过程中,项目团队成员大力协同、攻坚克难,发扬“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的载人航天精神,保证了设备能够顺利交付并成功完成任务。