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天空漫游 哈工大为“天宫”装“天眼”
2011-09-30 08:52:11 来源:东北网-黑龙江晨报  作者:刘忠奎 栾微 兰锐 耿文 冯健 刘培香 韩放 赵薇 孙彦新
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李金宗教授和他的科研团队

 

  东北网9月30日讯 29日晚21时16分,天宫一号成功发射。与此同时,由哈工大和与中国航天科技集团五院502所合作研制交会对接CCD标识与定位系统也进入工作状态。它将为天宫一号和神舟八号两个空间飞行器实现在轨交会对接准确导航。该系统于2002年开始研制,在航天领域首次亮相。该技术填补了国内空白,处于世界领先水平。

  据介绍,交会对接CCD标识与定位系统(即CCD光学成像系统)在交会对接中担任至关重要的角色,它可以在天宫一号和神舟八号等空间飞行器对接口之间近距离至零米范围内自动、实时地完成反杂光干扰和标志识别、三维相对位置及其相对平移速度、三维相对姿态及其姿态角速率的测量,为两空间飞行器在轨交会对接准确导航。

  交会对接CCD标识与定位系统由哈工大图像信息技术及工程研究所与中国航天科技集团五院502所合作研制,哈工大作为唯一高校参与了载人航天二期工程交会对接航天项目的研制,主要承担该系统目标标志器与相机滤光片的研制。

  目标标志器为关键重要项目,分为远场标志器与近场标志器,均装配在目标飞船天宫一号实验舱前锥段的对接口附近舱体外表面上,向跟踪飞船“神舟八号”等舱外的CCD成像系统提供目标飞船对接口的三维相对位姿信息,不允许它出现意外故障。

  相机滤光片装配在跟踪飞船神舟八号等对接口附近舱外的远、近场CCD摄像机光学镜头的前端,其特点是通带很窄,且在空间环境变化范围内能实现与标志器的光波信息的最佳适配,滤除非标志光源波段之外的阳光及其它杂散光的干扰,对该系统完成标志的准确识别和位姿参数的精确测量起着不可缺少的重要作用。

  在CCD光学成像敏感器研制过程中,交会对接项目组工程师李冬冬、讲师朱兵等主要成员,在哈工大图像信息技术及工程研究所李金宗教授的指导下,进行了一系列开创性工作,解决了在技术、管理和工艺等方面遇到的许多问题与瓶颈。团队成员经常奔波于北京、成都、兰州、太原、烟台、上海等地,进行器件加工、环境试验等。李金宗教授更是忙于科研,连爱人去北京做手术也无法陪伴。

  李金宗教授介绍说,目标标志器的研制采取了诸多创新方法与技术,该技术还填补了国内空白,处于世界领先水平。如发光器件选用了近红外发光二极管,容易消除阳光及其它杂散光的干扰,并且使目标标志器具有体积小、重量轻、功耗少、作用范围大、稳定性高、可靠性强和使用寿命长(大于10年)等优点;首将高均匀性光学纤维面板(光纤面板)用于航天设备,并在光纤面板结构成分中,减少原有的吸收材料和适当增加抗辐照材料,提高了所传输光波的均匀性和强度,使其可以适应空间辐照环境;采取了耐辐照加固设计,保护内部发光器件和光纤面板免受强辐射影响,并且保证了内部发光器件局部空间适当的温度变化范围。

  CCD光学成像敏感器还将应用于神舟八号、神舟九号、神舟十号以及天宫二号等空间飞行器中,完成“无人”或“载人”的交会对接任务。


 

  哈工大还参与了哪些项目?

  保障飞船寿命与安全

  交会对接中,由于对接锁系及钢丝绳锁紧力较大,在空间交变温度场作用下会发生缓慢蠕变与应力松弛。若锁紧力松弛到某一临界值就可能导致飞行器的气密性下降,威胁航天员生命。由哈工大空间环境材料行为及评价技术国家级重点实验室何世禹教授牵头承担的“对接锁系及钢丝绳锁紧力松弛规律与寿命试验”研究了不同恒定温度及交变温度场环境作用下,对接锁系及钢丝绳锁紧力松弛规律,对飞船服役寿命和安全可靠性具有重要意义。

  飞船训练模拟器

  航天飞行训练模拟器是训练航天员驾驶飞船的重要地面设备之一,训练模拟视景显示技术则是其中的关键技术之一。由哈工大光学目标仿真与测试技术研究所所长康为民带领其团队张学如、李斌、张全等承担的“某载人运输飞船训练模拟器视景显示系统”项目,其模拟飞行效果达到了国内领先、国际先进水平。

  为航天员健康提供防护

  深空飞行和载人行星际探测过程中面临的复杂空间环境存在多种极端因素,尤其是失重和粒子辐射对空间生命体可造成严重机能紊乱或不可逆损伤。哈工大生命科学与工程系李钰教授所带领的课题组建立了敏感的空间环境快速响应生物剂量分子检测技术,为开展深空飞行中航天员的健康和医学保障提供有效的生存安全数据,并进一步探讨和评价了抗氧化剂等药物对模拟辐照和模拟失重环境下的心肌细胞的防护作用,为航天员健康防护提供针对性的防护药物奠定了基础。


 

  “天宫”诞生记

  新华社酒泉9月29日电承载着一个古老民族对于太空的渴望,天宫一号目标飞行器29日晚间驶向太空。那么,“天宫”究竟如何从设想变为现实?中国航天科技集团空间实验室系统副总设计师白明生回顾“天宫”诞生之旅,为我们做出解答。

  方案:

  早早确定,没有命名

  白明生介绍说,天宫一号的方案早在1992年国家制订中国载人航天三步走战略时,就已经确定。

  “按照‘三步走’战略,第一步突破载人航天技术,第二步突破交会对接技术,要进行交会对接,就必须研制目标飞行器。实际上,作为载人航天战略的一部分,研制目标飞行器的大方案,在早期规划的时候就已经确定了。”白明生说。

  2002年,在进行了方案论证和审查后,天宫一号目标飞行器整个任务方案得到通过。此时,天宫一号还没有名字,它被直白地称为“目标飞行器”,缩写是:MB。

  初样:

  细节更完善

  2006年,天宫一号进入初样研制阶段。也是在这一年,科研人员赋予它一个具有浓郁中国特色的名字:天宫一号。缩写为TG。

  白明生说,具体是哪个人想出的这个名字,大家都已经不记得了。“只记得当时这个名字一提出,就立刻得到了团队的认同,它不但具有强烈的中国特色,还与此前的‘神舟’‘嫦娥’相呼应。”白明生回忆,很多专家都说,“天宫”这个名字,让人感受到有一种真正的空间站雏形的概念蕴含其中,也令人感受到更庞大的系统的概念。

  初样研制阶段,在细节上进行了很多完善。比如,增加了一个舱位摄像机。另外,天宫一号的帆板结构也进行了加强。

  正样:

  让航天生活更舒适

  2009年底,天宫一号在风雪中进入正样研制阶段。

  “这一阶段的工作进行得比较顺利。我们主要进行了一些细节上的优化。”白明生说,通过优化设计,天宫一号在重量上积累了一定的余量,这就意味着,“天宫”里可以放置更多的供航天员使用的物品,让航天员的工作生活更为舒适。

  此外,舱内的色彩也进行了调整。“航天员上天后,失重的太空环境,将使人失去方向感。”白明生介绍说,天宫一号内部采取了考究的颜色设计,地板的颜色呈深赭石色,有“地”的稳重感,舱顶运用了柔和的灰白色,避免了纯白色对视线的刺激,有“天”的轻盈感。“天”“地”之间的过渡色介于两者之间,不同色块的运用,使舱体成为一个独立有序的小世界。同时,阻燃、无毒材料的应用,使航天员的生活更健康。

责任编辑:张隽珊