成功發(fā)射進(jìn)入軌道后，兩名航天員將駕駛著神舟十一號(hào)飛船向天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室直奔而去。天宮二號(hào)和神舟十一號(hào)飛船的空間交會(huì)對(duì)接是搭建“太空之家”的關(guān)鍵一步。兩個(gè)飛行器要保持著比子彈速度快8倍的高速毫厘不差地對(duì)接在一起，難度系數(shù)極大。
為了驗(yàn)證空間站建造的技術(shù)，此次神舟十一號(hào)飛船和天宮二號(hào)將在393公里高度的軌道進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，比以往的343公里軌道高了50公里，采取的對(duì)接模式也更接近于飛行器停泊到空間站的方式。為此，有“三大法寶”來確保此次交會(huì)對(duì)接的成功，幫助航天員順利進(jìn)入神舟十一號(hào)飛船和天宮二號(hào)的組合體，開始太空生活。
微波雷達(dá)能牽引天宮與飛船從“相識(shí)”、“相遇”到“相連”
中國航天科工二院25所研制的交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)，就像是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)航天器在外太空交會(huì)對(duì)接的“眼睛”。作為實(shí)施交會(huì)對(duì)接任務(wù)的關(guān)鍵敏感器，它曾圓滿完成天宮一號(hào)與“神八”“神九”“神十”交會(huì)對(duì)接任務(wù)，牽引著天宮和神舟在相距幾百公里外“相識(shí)”，再從“相遇”到“相連”。此次應(yīng)用的交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)更小、更可靠，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量通信一體化要求，是交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)家族的第二代產(chǎn)品。
據(jù)專家介紹，第二代產(chǎn)品延續(xù)了第一代產(chǎn)品的測(cè)量性能，它的測(cè)量范圍上至北京五環(huán)一整圈，下至一張桌子的長(zhǎng)度，在如此之大的跨度中，它的測(cè)距精確程度可以達(dá)到一把普通尺長(zhǎng)，測(cè)角精度可以到達(dá)更高，相當(dāng)于人眼測(cè)試視力時(shí)，相鄰兩行之間的角度。而速度測(cè)量的誤差基本小于一只螞蟻的爬行速度。而且，相比于第一代產(chǎn)品，第二代產(chǎn)品有了“瘦身”“會(huì)講”“抗沖擊”三大改進(jìn)：體積和重量相比原先縮小了一半，功耗減少到原來的2/3；實(shí)現(xiàn)了測(cè)量通信一體化功能，沉默的“眼睛”也可以說話了。同時(shí)更能應(yīng)對(duì)高能粒子的沖擊，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的可靠性。
激光雷達(dá)能在中近距離段完成對(duì)目標(biāo)信息的高精度測(cè)量
神舟十一號(hào)飛船要想追上天宮二號(hào)，必須隨時(shí)掌握天宮的實(shí)時(shí)蹤跡。因此，二者身上分別裝了激光雷達(dá)和光學(xué)成像敏感器，就像擁有了“火眼金睛”，即使太空再黑也不怕找不到對(duì)方。
天宮二號(hào)上搭載的是中國電科研制的激光雷達(dá)合作目標(biāo)，神舟十一號(hào)飛船則搭載了激光雷達(dá)主機(jī)和信息處理機(jī)，探測(cè)的基本過程，是由安裝在神舟十一號(hào)飛船上的激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)出激光束，激光束照射到天宮二號(hào)上后返回信號(hào)，激光雷達(dá)系統(tǒng)再根據(jù)接收到的返回信號(hào)計(jì)算分析。
中國電科激光雷達(dá)項(xiàng)目副總師吳登喜介紹說，激光雷達(dá)作為交會(huì)對(duì)接控制測(cè)量關(guān)鍵敏感器之一，將在中近距離段完成對(duì)目標(biāo)距離、角度、變化率等信息實(shí)時(shí)高精度測(cè)量，支撐導(dǎo)航控制系統(tǒng)完成控制任務(wù)。天宮二號(hào)攜帶的激光雷達(dá)合作目標(biāo)則裝載了特殊的玻璃棱鏡，可以從多方位、大范圍內(nèi)反射激光雷達(dá)的光信號(hào)，配合激光雷達(dá)完成距離、角度等飛行參數(shù)的測(cè)量，確保飛船進(jìn)行精準(zhǔn)對(duì)接。
未來，空間站上可能有多個(gè)方向的接口，這就需要飛行器從一個(gè)對(duì)接口繞到另外一個(gè)對(duì)接口進(jìn)行對(duì)接，因此在后續(xù)任務(wù)中增加了飛船繞飛試驗(yàn)。這時(shí)，激光雷達(dá)也可以發(fā)揮重大作用，在對(duì)接過程中始終“不眨眼”，引導(dǎo)飛船控制和保障與突出物體保持足夠的安全距離。
光學(xué)成像敏感器能精確捕捉對(duì)接口，完成對(duì)接動(dòng)作
當(dāng)神舟十一號(hào)飛船和天宮二號(hào)越來越接近，從相距150米到最終完成對(duì)接，這一階段的技術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)都極高。此時(shí)，天宮二號(hào)、神舟十一號(hào)飛船仍是保持著高速運(yùn)動(dòng)，為了毫厘不差地對(duì)接在一起，一雙犀利而精準(zhǔn)的“對(duì)接天眼”必不可少——在神舟十一號(hào)飛船上裝有交會(huì)對(duì)接光學(xué)成像敏感器（CRDS），在近距離平移靠攏天宮二號(hào)時(shí)，通過它測(cè)量相對(duì)位置和姿態(tài)，精確捕捉天宮二號(hào)的對(duì)接口，完成對(duì)接動(dòng)作。
中國航天科技集團(tuán)五院技術(shù)人員龔德鑄介紹說，此次任務(wù)中，“對(duì)接天眼”全新升級(jí)，在太陽雜光抑制能力、識(shí)別目標(biāo)敏感度上有了大幅提升。在太空中，太陽光的照射強(qiáng)度是地球上的3到5倍，會(huì)影響光學(xué)敏感器的性能，甚至在交會(huì)對(duì)接時(shí)很容易被閃壞。以往交會(huì)對(duì)接時(shí)要選擇光線合適的時(shí)機(jī)，搶抓一天中最為合適的數(shù)小時(shí)“窗口期”。而天宮二號(hào)和神舟十一號(hào)飛船已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)全天候?qū)崟r(shí)對(duì)接，這將有力地支撐航天器在太空進(jìn)行突發(fā)維修補(bǔ)給或航天員應(yīng)急救生。
同時(shí)，技術(shù)人員還將敏感器首次捕獲時(shí)間提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)——由原來的約10秒提高至幾百毫秒。敏感器從看到目標(biāo)到做出判斷的響應(yīng)時(shí)間也大大縮短。中國航天科技集團(tuán)五院敏感器設(shè)計(jì)師劉啟海說。
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