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6月24日，在航天員的手動操控下，我國神舟九號宇宙飛船與天宮一號交會對接成功，這標志著我國已經完整的掌握了航天器空間對接技術，為我國航天事業奠定了堅實的基礎。在神舟九號和天宮一號對接的過程中任何小的紕漏都將導致對接失敗，激光雷達在對接的過程中扮演了重要的角色。接下來我們將展示激光雷達是如何保障對接過程順利實施。 十年磨練 萬里穿針 在鄭州東區，一個平均年齡30歲出頭的團隊，從1998年論證到2005年正式立項，直到今天，這個幾十人的團隊歷時10余年時間，研制出XX-9激光雷達，讓載人航天器與天宮一號做到10毫米內誤差的完美對接，也實現了航天員的首次手動對接，他們把這成功的交會對接叫做“萬里穿針”。 這激光雷達就在鄭東新區的中國電子科技集團公司第二十七研究所（簡稱二十七所）研制成功。 圖1 神舟九號和天宮一號對接 “交會”那一刻 XX-9激光雷達神九與天宮一號的對接，XX-9激光雷達已經并不陌生了，去年神八與天宮對接，也是二十七所的這個科研成果實現了中近距離的導引。激光雷達的關鍵任務，就是給天宮和神九之間，建立一個聯系。 先來讓我們認識一下這次激光雷達的設備。首先是安裝在天宮一號上的“合作目標”，其中用于遠距離測量的是一個位于對接口左下方，由數個多棱鏡組成的反射器，用來反射激光。 其次是裝在神九艙外的“激光雷達主機”，由該設備發射激光。 最后一個就是安裝在神九艙內的電子學部分“信息處理機”，依靠這個設備進行數據分析，確定兩個物體之間的距離、角度及其變化率等。 圖2 對接過程切激光雷達近場 XX-9激光雷達是怎樣工作的 二十七所黨群工作處處長劉德芳說，由該所研制的激光雷達，主要負責此次神九與天宮一號對接的中近距離引導。 該所負責激光雷達項目的光電與雷達系統事業部副部長何錚進介紹，在神九離開地面之后，先是依靠二十七所研制的幾十套地面測控系統組成的測控網進行引導，通過火箭推進進入軌道，使神九飛船奔向天宮一號的懷抱。當引導到一定距離后，依次使用微波雷達、激光雷達、CCD攝像機等多種測量手段，引導飛船向天宮逐步靠攏，在每個位置上，基本都有兩種測量手段互為備份，實現兩個航天器的可靠引導對接。其中激光雷達在20公里內整個中近距離作為主要測量設備，對兩個航天器的交會對接起到關鍵作用。 二十七所光電與雷達系統事業部激光雷達室主任董光焰形象解釋了這一個過程，“到了大致距離之后，控制中心就會給雷達指令，在某個區域范圍內尋找目標，這時雷達就啟動了；通過神九艙外的主機發射激光，尋找到天宮外的‘工作目標’后，建立一根連線，其實就是一束不可見的激光，然后神九就順著這根紅線，一步一步接近，并實現對接。” 圖3 激光雷達作用過程 對接背后，我們所不知道的故事 鄭州是研發的主戰場 拉著模擬天宮一號和神九飛船，無數次在鄭開大道跑車試驗 XX-9激光雷達，主要的研制過程，都在鄭東新區二十七所。為了研制中模擬太空運動，二十七所專門建設了擁有6個自由度的160米的滑軌系統，能夠模擬近距離交會對接過程中的數據測量，這在國內也是獨一無二的“高級玩意兒”。 “我們無數次在鄭開大道跑車試驗，其實就是前面一輛車拉著模擬天宮的‘工作目標’，后面車拉著模擬神九的激光發射和接收設備，模擬太空中的運行，一個在跑，一個在追，不斷逼近、撤離。”董光焰笑著說，其實我們試驗中，很多市民都看到過，因為是后半夜，他們從車窗中探出頭好奇地看著這個奇怪的東西，“我們的東西確實奇怪，卡車上面有個碉堡一樣的東西，或者有點像坦克。” 選擇鄭開大道，董光焰說他們也經過了長期反復的選擇，“我們需要一個3公里左右平直的道路，而且不能有遮擋，找過黃河大橋，看過東四環，最后發現，鄭開大道有一段，正好符合需求。”在試驗之初，也得到了開封和鄭州警方的大力支持，“他們給我們封鎖車道，幫我們進行試驗，但是后來我們試驗太頻繁了，我們就選擇后半夜，自己拿隔離墩等封閉一段進行試驗，應該說我們的工作得到了地方政府的大力支持。” |
