“黑科技”完成“太空華爾茲”

來源︰新華社作者︰盛 利 賀曉棟責任編輯︰王俊
2017-04-26 17:09

4月22日,我國首艘貨運飛船天舟一號與天宮二號首次交會對接順利完成,為後續開展推進劑在軌補給試驗,即“太空加油”提供技術保證。

記者從中科院光電技術研究所獲悉,在此次對接及接下來的對接中,由該所研制的遙操作攝像機和激光雷達,作為姿態軌道控制分系統的重要測量設備,將如同兩位“太空舞者”的眼楮,協助天舟一號與天宮二號完成曼妙的“太空華爾茲”。

在22日的首次對接中,由光電所等單位聯合研制的交會對接激光雷達安裝于天舟一號,該雷達能夠從中遠距離準確捕獲天宮二號,實現對天宮二號的高精度跟蹤。同時,在整個交會對接過程中,實時獲取天宮二號與天舟一號的相對距離、速度、角度、角速度等運動狀態信息,為飛船姿態、速度控制提供有力支撐,確保圓滿完成首次精準對接。上述任務完成後,天舟一號與天宮二號組合體將在軌飛行兩個月,完成三次推進劑補加。之後二者再次分離,天舟一號從另一側與天宮二號進行二次對接。第二次對接的主要任務是進行繞飛實驗,檢驗天舟一號前向對接能力,這也是此次天舟一號與天宮二號交會對接的重頭戲之一。

光電所空天光電技術事業部副部長周向東說,針對後續開展的“太空加油”及多方向對接任務,光電所精心設計了交會對接激光雷達ATP分機“繞飛對接”功能,通過對天宮二號大範圍繞飛掃描成像,實現了天宮二號多方向對接口的自動辨識、捕獲、測量功能。

“安裝于天舟一號艙外的遙操作攝像機,將在交會對接過程中約140米內的最後平移靠攏段一展身手。”他說。遙操作攝像機擁有適應遠近距離的雙視場設計、太空復雜光照環境下成像能力等一系列“黑科技”。

對接中,如果將天舟一號和天宮二號比喻為兩位“太空舞者”,那麼遙操作攝像機的雙視場設計,則為保障他們在“太空華爾茲”的過程中,不僅眼中只有彼此,還能顧及雙方舞步、身姿。“遠距離可以到140米觀看船體,近距離可以到1.4米對接完成時看充滿視場的靶標。” 周向東說,雙視場中“寬視場”用作看對接全貌,不僅可以觀看對接靶標,還可以觀看船體情況,用作大角度範圍對接時;“窄視場”主要觀看對接靶標。同時,兩視場在一定程度上可以起互相備份作用。

而為讓兩位“舞者”,步伐一致、節奏同頻,低延遲性技術則發揮作用。“如果我們在家里進行視頻聊天,由于編碼、網絡傳輸和解碼延遲的影響,雙方看到的動作可能已在過去幾秒發生,但太空對接高精度需求,必須克服這一延遲。”周向東說,在對接操控需要的圖像數據傳輸、壓縮算法和數據打包方式等策略的基礎上,攝像機在1024×768分辨率下以視頻速率采集圖像,如何保證既不損壞畫面質量,又能適應傳輸帶寬的限制,還不產生延時,是科研團隊重點解決的關鍵技術之一。

而在特殊的“太空舞台”中,如何讓兩位“舞者”克服太陽直射變化、明暗交替的場景找到彼此,又是一道難題。遙操作攝像機的遙感復雜光照條件成像功能正是為此誕生,“設備能夠實現在光照範圍在1lux到110000lux(太陽直射)範圍變化,船體背景漆黑或者存在太陽和船體本身明暗交替變化場景下,都能夠看清靶標,這要求采用特別設計的調光算法和專用設計的遮光罩來解決問題。”(科技日報成都4月22日電 )

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