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6月24日，在航天員的手動(dòng)操控下，我國(guó)神舟九號(hào)宇宙飛船與天宮一號(hào)交會(huì)對(duì)接成功，這標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)完整的掌握了航天器空間對(duì)接技術(shù)，為我國(guó)航天事業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在神舟九號(hào)和天宮一號(hào)對(duì)接的過(guò)程中任何小的紕漏都將導(dǎo)致對(duì)接失敗，激光雷達(dá)在對(duì)接的過(guò)程中扮演了重要的角色。接下來(lái)我們將展示激光雷達(dá)是如何保障對(duì)接過(guò)程順利實(shí)施。 十年磨練 萬(wàn)里穿針 在鄭州東區(qū)，一個(gè)平均年齡30歲出頭的團(tuán)隊(duì)，從1998年論證到2005年正式立項(xiàng)，直到今天，這個(gè)幾十人的團(tuán)隊(duì)歷時(shí)10余年時(shí)間，研制出XX-9激光雷達(dá)，讓載人航天器與天宮一號(hào)做到10毫米內(nèi)誤差的完美對(duì)接，也實(shí)現(xiàn)了航天員的首次手動(dòng)對(duì)接，他們把這成功的交會(huì)對(duì)接叫做“萬(wàn)里穿針”。 這激光雷達(dá)就在鄭東新區(qū)的中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所（簡(jiǎn)稱二十七所）研制成功。 圖1 神舟九號(hào)和天宮一號(hào)對(duì)接 “交會(huì)”那一刻 XX-9激光雷達(dá)神九與天宮一號(hào)的對(duì)接，XX-9激光雷達(dá)已經(jīng)并不陌生了，去年神八與天宮對(duì)接，也是二十七所的這個(gè)科研成果實(shí)現(xiàn)了中近距離的導(dǎo)引。激光雷達(dá)的關(guān)鍵任務(wù)，就是給天宮和神九之間，建立一個(gè)聯(lián)系。 先來(lái)讓我們認(rèn)識(shí)一下這次激光雷達(dá)的設(shè)備。首先是安裝在天宮一號(hào)上的“合作目標(biāo)”，其中用于遠(yuǎn)距離測(cè)量的是一個(gè)位于對(duì)接口左下方，由數(shù)個(gè)多棱鏡組成的反射器，用來(lái)反射激光。 其次是裝在神九艙外的“激光雷達(dá)主機(jī)”，由該設(shè)備發(fā)射激光。 最后一個(gè)就是安裝在神九艙內(nèi)的電子學(xué)部分“信息處理機(jī)”，依靠這個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定兩個(gè)物體之間的距離、角度及其變化率等。 圖2 對(duì)接過(guò)程切激光雷達(dá)近場(chǎng) XX-9激光雷達(dá)是怎樣工作的 二十七所黨群工作處處長(zhǎng)劉德芳說(shuō)，由該所研制的激光雷達(dá)，主要負(fù)責(zé)此次神九與天宮一號(hào)對(duì)接的中近距離引導(dǎo)。 該所負(fù)責(zé)激光雷達(dá)項(xiàng)目的光電與雷達(dá)系統(tǒng)事業(yè)部副部長(zhǎng)何錚進(jìn)介紹，在神九離開(kāi)地面之后，先是依靠二十七所研制的幾十套地面測(cè)控系統(tǒng)組成的測(cè)控網(wǎng)進(jìn)行引導(dǎo)，通過(guò)火箭推進(jìn)進(jìn)入軌道，使神九飛船奔向天宮一號(hào)的懷抱。當(dāng)引導(dǎo)到一定距離后，依次使用微波雷達(dá)、激光雷達(dá)、CCD攝像機(jī)等多種測(cè)量手段，引導(dǎo)飛船向天宮逐步靠攏，在每個(gè)位置上，基本都有兩種測(cè)量手段互為備份，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)航天器的可靠引導(dǎo)對(duì)接。其中激光雷達(dá)在20公里內(nèi)整個(gè)中近距離作為主要測(cè)量設(shè)備，對(duì)兩個(gè)航天器的交會(huì)對(duì)接起到關(guān)鍵作用。 二十七所光電與雷達(dá)系統(tǒng)事業(yè)部激光雷達(dá)室主任董光焰形象解釋了這一個(gè)過(guò)程，“到了大致距離之后，控制中心就會(huì)給雷達(dá)指令，在某個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)尋找目標(biāo)，這時(shí)雷達(dá)就啟動(dòng)了；通過(guò)神九艙外的主機(jī)發(fā)射激光，尋找到天宮外的‘工作目標(biāo)’后，建立一根連線，其實(shí)就是一束不可見(jiàn)的激光，然后神九就順著這根紅線，一步一步接近，并實(shí)現(xiàn)對(duì)接�！� 圖3 激光雷達(dá)作用過(guò)程 對(duì)接背后，我們所不知道的故事 鄭州是研發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng) 拉著模擬天宮一號(hào)和神九飛船，無(wú)數(shù)次在鄭開(kāi)大道跑車試驗(yàn) XX-9激光雷達(dá)，主要的研制過(guò)程，都在鄭東新區(qū)二十七所。為了研制中模擬太空運(yùn)動(dòng)，二十七所專門建設(shè)了擁有6個(gè)自由度的160米的滑軌系統(tǒng)，能夠模擬近距離交會(huì)對(duì)接過(guò)程中的數(shù)據(jù)測(cè)量，這在國(guó)內(nèi)也是獨(dú)一無(wú)二的“高級(jí)玩意兒”。 “我們無(wú)數(shù)次在鄭開(kāi)大道跑車試驗(yàn)，其實(shí)就是前面一輛車?yán)M天宮的‘工作目標(biāo)’，后面車?yán)M神九的激光發(fā)射和接收設(shè)備，模擬太空中的運(yùn)行，一個(gè)在跑，一個(gè)在追，不斷逼近、撤離�！倍庋嫘χf(shuō)，其實(shí)我們?cè)囼?yàn)中，很多市民都看到過(guò)，因?yàn)槭呛蟀胍�，他們從車窗中探出頭好奇地看著這個(gè)奇怪的東西，“我們的東西確實(shí)奇怪，卡車上面有個(gè)碉堡一樣的東西，或者有點(diǎn)像坦克�！� 選擇鄭開(kāi)大道，董光焰說(shuō)他們也經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期反復(fù)的選擇，“我們需要一個(gè)3公里左右平直的道路，而且不能有遮擋，找過(guò)黃河大橋，看過(guò)東四環(huán)，最后發(fā)現(xiàn)，鄭開(kāi)大道有一段，正好符合需求。”在試驗(yàn)之初，也得到了開(kāi)封和鄭州警方的大力支持，“他們給我們封鎖車道，幫我們進(jìn)行試驗(yàn)，但是后來(lái)我們?cè)囼?yàn)太頻繁了，我們就選擇后半夜，自己拿隔離墩等封閉一段進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)該說(shuō)我們的工作得到了地方政府的大力支持�！� |
