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LD“微波”眼 太空当“红娘”
浏览次数:96     发布时间:2011-11-19    
    有人将天宫一号/神舟八号在太空中的交会对接比喻成太空之吻。殊不知这浪漫一吻的发生地是在浩瀚的太空中,因此需要一个红娘角色的“引导员”。如果没有它,“神舟八号”和“天宫一号”就只能在太空中“千万里追寻”了。这个“引导员”就是中国航天科工集团公司25所研制的交会对接微波LD。
    太空之吻过程比较缓慢,大约需要经过140分钟。在这140分钟中起关键作用的交会对接微波LD引导着两个相距100公里以上的航天器,接近飞行。当两者距离达到20米时,它就将引导的接力棒交给激光LD和CCD图像传感器,自己则作为备份员继续值守,直到这场太空之吻“定格”。
    
    有心人做有“心”LD
    在天宫一号/神舟八号即将完成交会对接任务的前夕,记者走进了这支交会对接微波LD研制团队。
    应该说,天宫一号/神舟八号交会对接方案的最终确定成就了25所交会对接微波LD研制团队,但同时这支队伍9年多来的潜心攻关、奋力拼搏,也使这场太空之吻完成得精彩利落。
    人们常说,机会总是留给有准备的人的,25所交会对接微波LD研制团队就是这样的时刻做着准备的有心人。
    交会对接技术是空间工程应用的一项重要关键技术,通过精确测量两个航天器之间的相对位置、相对速度、相对姿态及它们的变化率,实现两个航天器在空间的交会对接。
    交会对接微波LD是怎么完成太空之吻引导任务的?说起来似乎很简单,交会对接过程中两个航天器之间的精确测量依靠安装在“天宫一号”上的应答机和安装在“神舟八号”上的微波LD主机完成。应答机和LD主机体积外表相近,大小只相当于两个摞在一起的电视机顶盒。在太空之吻也就是交会对接任务倒计时140分钟时,应答机和LD主机同时开启,太空中的“百里追寻”也就开始了。这个说起来一点都不复杂的过程,其研制历程却颇不简单。
    LD这一20世纪30年代发明的科学工具使人们在需要测量目标的距离、速度、角度等参数时更加得心应手。如今,LD已经成为我们老百姓日常生活的得力助手。大家最熟悉的就是汽车倒车LD,这时的LD就像人的脑后长出的眼睛,使人更为灵活机警。当然,测量空间飞行器的LD要复杂得多,种类也不少,除微波LD外,还有毫米波LD、激光LD。
    为什么天宫一号/神舟八号交会对接方案最终确定远距离使用微波LD、中距离使用激光LD、近距离使用CCD?
    25所交会对接微波LD研制团队的研制历程可以从一个侧面回答这个问题。
    交会对接微波LD采用高速伪码测距、双程相干多普勒测速、干涉测角工作体制,具有明显的技术优势。主要体现在:搜索空域大、作用距离远,测量精度高,体积小、重量轻、功耗低,搜索捕获时间短,自主测量、不依赖外部信息,全天候测量、抗光电干扰能力强、不受光照条件限制,没有机械运动、可靠性高、使用方便等特点。
    
    让LD也“数字”
    以上的技术特点其实就已经回答了问题的一半。
    交会对接微波LD不是传统意义上的微波LD,它克服了普通微波LD的近距离测距精度、测速精度差的短处,是一款近、中、远距离都具备高精度测量参数的“超级”微波LD。
    “超级”微波LD发挥了普通微波LD搜索空域大、作用距离远、受电磁与光线干扰小、测量精度高的优点。通信领域的前沿技术??伪码连续波技术又赋予交会对接微波LD神奇的本领,使其测量范围上至百余公里,下至数十米。在如此大的跨度中,它的测距精度只有一把尺子的长度;测角精度更是相当于人眼测试视力时相邻两行之间的角度;速度测量的误差几乎可以忽略不计。
    提到伪码连续波技术,不能不提到25所交会对接微波LD研制团队的带头人、项目负责人孙武研究员。
    2000年,从法国获得博士学位的孙武,到25所后接到的第一个课题就是预研课题??毫米波交会测量LD演示系统。
    2002年,勇于尝试新事物的孙武提出用伪码连续波技术原理研制交会对接LD的方案。尽管遭到了一些技术专家的质疑,但孙武认准了伪码连续波技术这种新技术的发展前景和应用趋势。
    伪码连续波技术从某种意义上可以说是LD的数字化。
    所谓伪码,就是伪随机码,通俗地说,是一种信号体制,可以按一定规律产生数字信号,使无序的微波信号变成有规律可循的数字信号。它应用在LD领域绝对是一种创新。
    研制之初,伪码连续波技术体制在LD领域还没有广泛应用,基本上是一纸空白。孙武他们对方案反复进行从头到尾的详细周密的设计和仿真,从理论上验证了方案的正确性。随后,他们又对方案中的关键技术和关键器件逐项调研论证,在逐渐坚定伪码连续波干涉测角交会对接LD方案正确性的过程中,一些技术瓶颈又开始成为拦路虎。
    在诸多拦路虎中,因为天线体积小、单元距离近,其研制生产成为最大的一只拦路虎。当时国内几乎所有具有丰富天线研制生产经验的厂家,孙武和他的团队都跑遍了,但没有一家敢接这个“烫手的山芋”。最后还是孙武的一句“我来指导你们设计,责任由我来承担”,才使这个“烫手的山芋”有了着落。
    天线设计只是众多的技术难点之一。由于伪码连续波技术在国内还没有太多应用基础,甚至一些基本理论和概念在研制中都不能被他的团队和外协厂家掌握,因此产品开发和技术攻关中困难重重。
    为此,孙武集自己多年的研究成果,撰写了一套《伪码连续波干涉测角交会对接LD系统论文集》,专门用于指导课题研制和产品生产。
    在交会对接微波LD研制中一系列最新的集成化、数字化、软件化的系统设计方法的应用,使航天科工测量LD技术站在了最新技术的前沿。
    
    “累”并“幸福”着
    2007年初,对孙武和他的团队来说,是一个重要的日子。
    因为在此期间,载人航天工程总体组织了微波LD设计方案评审,最终认定25所交会对接微波LD方案成立。此时,距离天宫一号/神舟八号交会对接任务的完成节点只有3年的时间了。
    从2002年开始努力到2007年初见成果,经过了整整6年的时间。当机会终于来到面前时,研制团队却顾不上兴奋,他们清楚地知道前面的路不会太平坦。
    虽然有前几年原理样机的研制经验,但转入工程样机研制时,孙武和他的研制团队仍然不敢有丝毫懈怠。2008年、2009年,研制团队几乎都是在各种试验中度过的。
    高塔试验、暗室试验、外场直升机挂飞试验、飞艇试验等各种试验他们做了不下上百次。每一次试验都是一次考验。
    在飞艇试验刚开始时,测量数据突然出现异常。几轮排查下来,没有找到问题所在。最后在对测出的数据进行反复分析后,问题终于找到了。原来是出在测量设备??惯导上。谁也没有想到高精度的惯导设备会出问题。随后,他们精心设计了多次试验,最终完成了问题定位。飞艇试验得以顺利进行。
    回忆起近10年的攻关历程,带头人孙武告诉记者,就是一个字“累”。没有立项、没有经费,“编外”的日子不好过。但是在“累”之后,研制每一次取得进展的时刻也成为这个团队幸福的回忆。
    他们不会忘记,2008年5月,载人航天工程总体组织的评审会上,22位专家一致同意,交会对接微波LD可以转入初样研制阶段。这意味着,交会对接微波LD方案被载人航天工程总体正式采用。
    2009年5月,在载人航天工程总体组织的第一次联合校飞试验中,首次接受载人航天工程总体“检阅”的交会对接微波LD在12架次飞行试验中,虽然暴露了一些技术问题,但产品硬件与软件工作稳定,测量范围及测距、测速精度全部满足总体要求。
    2010年1月,交会对接微波LD作为交会对接任务的关键单机,参加了载人航天工程总体组织的第二次联合校飞试验。在地面联调和全部8个架次飞行试验中,第一次联合校飞试验出现的问题全部得到解决。测速、测距指标又一次全部满足总体要求。
    他们不会忘记,在载人航天交会对接微波LD研制工作期间,各级领导多次亲临现场给予指导。集团公司开辟“绿色通道”,在各项资源上给予优先保障。二院发挥全院技术优势,全力为交会对接项目保驾护航。
    他们更不会忘记,总装领导对交会对接微波LD研制工作的凝练概括“成绩喜人、形势逼人、进度赶人、成功靠人”;载人航天工程领导的重托“交会对接微波LD研制充分体现了航天系统工程管理的后发优势,交会对接微波LD将作为支柱产品参与交会对接任务”。
    如今,完美的太空之吻征服了众人的心,天宫一号/神舟八号交会对接任务圆满告一段落。孙武他们的“累”总算有了回报,那就是从事航天事业的自豪带来的那份充实的幸福感。

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