第三代光學成像敏感器助神舟飛船與空間站交會對接

2021年6月17日15時54分，神舟十二號飛船與空間站成功交會對接，中國航天員首次進入了自己的太空家園，他們將在這里工作生活數月，成為我國空間科研和太空生活的開拓者。由長春光機所研制的光學成像敏感器光學系統及激光投射散斑抑制系統兩個關鍵組件和TV攝像機、十字靶標、TV瞄準鏡等設備在神舟十二號、天舟二號兩飛船與空間站的交會對接中發揮了重要作用。

承擔這次交會對接精確瞄準的設備是第三代光學成像敏感器，由中國航天五院502所承制，其中光學成像敏感器光學系統及激光投射散斑抑制系統兩個關鍵組件，由中科院長春光機所研制。與前兩代光學成像敏感器相比，有著更大的捕獲范圍、更高的瞄準精度以及更強的抗雜光干擾能力。

兩個比子彈速度快約8倍的高速飛行器在軌道上要進行捕獲和對準并非易事。光學成像敏感器激光投射散斑抑制系統就好像一把特殊的“手電”，而光學成像敏感器光學系統則是一只銳利的“眼睛”。神舟飛船用“手電”照射空間站上的合作目標，然后“眼睛”通過判讀合作目標的分布關系，確定兩個飛行器的相對位置，修正偏差，實現精準對接。

這把“手電”到底特殊在哪呢?原來這把“手電”——光學成像敏感器激光投射散斑抑制系統發射的是兩種不同波長的激光，它將由于干涉效應明暗不均的激光散斑進行勻化，使得在±17°范圍內的激光分布均勻。如果沒有它，當神舟飛船的“眼睛”看空間站時就會有時“晃眼睛”有時“看不清”。而正因為有了這把特殊的“手電”，神舟飛船在全視場范圍內都可以“看清”空間站，確保了兩個飛行器實現交會對接。

而神舟飛船的這只“眼睛”也不一般。兩個飛行器在偌大的太空中要實現交會對接就好比在穿針引線，不可差一絲一毫。這只“眼睛”——光學成像敏感器光學系統的絕對畸變誤差為1微米。有了這個光學系統，第三代光學成像敏感器在兩個近十米的飛行器即將對接時，可以實現不大于3mm的瞄準精度，可謂精確無誤。

安裝在神舟十二號上的TV攝像機和空間站上的十字靶標也是長春光機所研制的。TV攝像機是航天員在艙外的電子眼，它的任務是在手控交會對接模式當中幫助航天員和地面飛行控制中心找到并瞄準空間站上的合作“靶標”，實現精確對接，在自動交會對接中也可以實時監控兩飛船的相對位置。TV攝像機和靶標不像在艙內的設備那樣可以受到艙壁的保護，它安裝在飛船艙外，可以在空間射線、高低溫環境下正常工作。同時無論飛船位于軌道的陽照區還是陰影區，都可以在太空黑背景的條件下，對空間站上的“靶標”進行正常成像，這也是TV攝像機的獨門絕活。

在神舟十二號飛船上還有一個長春光機所研制的設備——TV瞄準鏡。它的關鍵作用是在飛船在軌飛行和返回地球的時候，為航天員實時確認飛船姿態。它有中心一個視場和周邊8個視場，每一個視場都要準確無誤地對準地球的相應位置，否則會造成航天員判讀錯誤。長春光機所研制的TV攝像機和TV瞄準鏡早在神舟八號時就有應用，并且在神舟八號到神舟十二號上都出色地完成了任務。

神舟飛船交會對接設備項目團隊負責人是劉偉奇研究員，團隊成員平均年齡在35歲左右。在研制過程中，項目團隊成員大力協同、攻堅克難，發揚“特別能吃苦、特別能戰斗、特別能攻關、特別能奉獻”的載人航天精神，保證了設備能夠順利交付并成功完成任務。(楊侖)