太空“穿針”有“慧眼”——中國交會(hui) 對接激光雷達研發記

　　【創新故事】

　　◎本報記者 孫 越

　　試想，在超高速公路上，兩(liang) 輛小汽車正以每秒7.8公裏的極速飛馳。如果讓後一輛汽車向前加速，分毫不差地將車頭上的一根細線穿進前車車尾的針眼裏，該怎樣做到？

　　你大概會(hui) 說，這不可能。

　　然而，中國電科二十七所(以下簡稱“二十七所”)交會(hui) 對接激光雷達團隊，讓這種不可能成為(wei) 可能。

　　對這個(ge) 團隊而言，要實現穿針引線的“小汽車”其實就是太空中的飛船與(yu) 空間站，“針眼”就是航天器的對接接口。而在太空中引導飛船與(yu) 空間站實現交會(hui) 對接的“慧眼”，就是交會(hui) 對接激光雷達。

　　從(cong) 2011年在神舟八號首次亮相，到2021年助力神舟十三號與(yu) 空間站組合體(ti) 首次實現徑向交會(hui) 對接，再到今年10月26日助力神舟十七號對接空間站核心艙前向端口形成“三艙三船”組合體(ti) ，交會(hui) 對接激光雷達已多次支撐我國載人航天任務完成。

　　“雪山腳下蹚出一條路”

　　神舟十七號發射前，魏龍超的心弦又繃緊了。

　　作為(wei) 二十七所光電係統部高級工程師，魏龍超在交會(hui) 對接激光雷達的研發道路上已經走了10年。向科技日報記者回憶起研發之初的經曆，他感慨萬(wan) 千。

　　1995年，二十七所激光部起草論證書(shu) ，“太空中的慧眼”從(cong) 構想走向科學體(ti) 係論證；2005年，交會(hui) 對接激光雷達研發項目正式啟動，應用目標是用於(yu) 6年後升空的“神八”。

　　當時，交會(hui) 對接激光雷達是一項前無古人的新技術，無技術基礎、缺乏相關(guan) 文獻，實地測試條件也不具備。

　　“要做出一個(ge) 在天上用的激光雷達，可我們(men) 沒人上過天。”魏龍超說，“天上的條件到底是怎麽(me) 樣的，我們(men) 根本就不知道。”

　　研發團隊隻能參考國內(nei) 外資料，再結合地麵試驗，推演太空中的情況。二十七所所址在河南鄭州，由於(yu) 海拔低，受大氣環流影響大，不適合做地麵試驗。幾經考察，他們(men) 把試驗地選在了雲(yun) 南麗(li) 江。

　　二十七所光電係統部高級工程師封治華，到現在都還記得麗(li) 江那個(ge) 早春——

　　2011年3月，距離“神八”發射不足一年，激光雷達處於(yu) 驗證調試的關(guan) 鍵期。在經曆兩(liang) 周不眠不休的“魔鬼式”係統聯調後，封治華一行五人帶著激光雷達來到麗(li) 江，測試激光雷達的信號接收與(yu) 係統探測跟蹤威力。

　　為(wei) 了模仿太空中的交會(hui) 對接環境，他們(men) 把激光雷達主設備架在酒店頂樓，然後在距其約11公裏的山上放置信號捕獲目標。

　　那是一座玉龍雪山腳下的小荒山，人跡罕至。封治華和另外兩(liang) 名設計師一起，背著兩(liang) 套重達幾十斤的接收設備，在滿是坑窪與(yu) 石礫的大山上，尋找合適的接收點位。

　　“激光雷達的搜索範圍有限，我們(men) 背著接收器在山上不停地移動，反複變換位置，不斷配合調試來完成信號接收。荒山野嶺間沒有路，隻能硬生生地蹚。”封治華說，天氣晴朗時，抬眼望向不遠處玉龍雪山，扇子陡峰巍峨高聳，像是一個(ge) 對著天空畫出的驚歎號。

　　封治華的回憶裏，玉龍雪山下的那個(ge) 春天，很美；自己用腳步丈量出的路，很長。

　　“從(cong) 0到100”

　　雖然在交會(hui) 對接激光雷達研發之初，二十七所研發團隊完全處於(yu) “零基礎”的狀態，但是中國航天對團隊提出的要求是——“百分百”。

　　“這不是‘從(cong) 0到1’，是‘從(cong) 0到100’。”魏龍超說，中國航天的質量管理體(ti) 係極其嚴(yan) 格，每一件產(chan) 品下線之前，技術人員必須對其有百分之百的把握。

　　“有一次，我們(men) 做係統測試時發現數據不穩定，顯示有係統幹擾。排查定位問題沒有捷徑可走，我們(men) 從(cong) 分係統到單機、從(cong) 電路板再到微小的器件逐一測試。幹擾源種類多，幹擾又屬於(yu) 偶發現象，需要24小時不斷進行。經過連續奮戰，我們(men) 最終發現是某一處電路設計不合理導致了電磁幹擾。”封治華回憶說。

　　找到問題後的修改更是難處所在。整個(ge) 係統相連，牽一發而動全身，對一處細節進行的小改動就可能影響到全局。如同用積木蓋了一座高樓，要變動其中的一塊，就要考慮對整體(ti) 的影響。

　　“指甲蓋大小的改動微不足道，卻要經過不斷的平衡、複盤和測試，相當於(yu) 要把整個(ge) 係統重做一遍。”產(chan) 品交付後，封治華心裏的石頭並沒有落地。

　　雷達上天以後能不能圓滿完成任務？天地差異的計算是否精準？飛船萬(wan) 一沒有對接上怎麽(me) 辦？無數個(ge) 問號在他心裏“咚咚咚”地敲鼓。

　　“航天與(yu) 地麵操作不一樣，它不能維修，也無法重來。理性上，所有實驗都做過了，能驗證的也都驗證完成了，並且做了很多冗餘(yu) 設計；感性上，我就是止不住地忐忑、擔心。就像是一個(ge) 母親(qin) 擔心出遠門的孩子。”封治華說，“有一次，我做噩夢，夢見主任對我說，咱們(men) 的雷達沒對上，我一下就驚醒了。過幾分鍾才緩過來，想起飛船還沒發射。”

　　2011年11月3日，神舟八號飛船與(yu) 天宮一號成功完成剛性連接，形成組合體(ti) ，交會(hui) 對接激光雷達首戰告捷。然而，坐在會(hui) 議室大屏幕前的團隊成員們(men) ，卻並沒有爆發出想象中的掌聲與(yu) 歡呼。擦掉淚水與(yu) 汗水，他們(men) 更多的感覺是放鬆——今晚，終於(yu) 可以睡個(ge) 好覺了。

　　“激光雷達技術永不成熟”

　　隨著我國航天技術不斷更新迭代，二十七所研發團隊麵臨(lin) 的挑戰也越來越多。徑向交會(hui) 對接，成為(wei) 擺在團隊麵前的新任務。

　　“形象地說，原來的對接方式是‘兩(liang) 車追尾’，而徑向交會(hui) 對接就是後麵的汽車‘漂移’過去，拐個(ge) 急彎，精確地把‘線’穿到前車車頭的針眼裏去。”封治華說。

　　2021年10月，神舟十三號載人飛船搭載3名航天員發射成功，並首次以徑向交會(hui) 對接的方式實現與(yu) 天和核心艙的連接。

　　“這次對接在觀測坐標係複雜變換的條件下，激光雷達始終保持對預設目標的穩定跟蹤，並在預設切換點迅速完成不同合作目標間快速切換，保證了全程高精度測量數據的穩定有效。”魏龍超自豪地說。

　　2023年5月，航天交會(hui) 對接激光雷達與(yu) 神舟十六號同步升空，成功進行了空間站核心艙徑向端口交會(hui) 對接的精確引導，完成了中國空間站應用與(yu) 發展新階段的首次載人任務。

　　此次，在神舟十七號飛船與(yu) 空間站核心艙前向端口交會(hui) 對接接近段和靠攏段，激光雷達順利完成了對目標空間站的搜索、捕獲、跟蹤測量，支持飛船GNC係統完成空間交會(hui) 對接控製任務並形成“三艙三船”組合體(ti) ，助力中國空間站應用發展進入新階段。

　　“激光雷達‘上天’這麽(me) 多次，是否意味著這項技術已經成熟？”記者向二十七所光電係統部負責人範海震提問。

　　“不，激光雷達技術永遠不會(hui) 成熟。我們(men) 始終有新的山峰要攀，新的困難要攻克，新的路要走。”範海震說，目前，團隊已經完成了後續神舟飛船的激光雷達配備，並同時著手研發更先進的設備，為(wei) 服務國家探月、探火戰略作技術儲(chu) 備。

　　“上下未形，何由考之？冥昭瞢闇，誰能極之？”兩(liang) 千多年前，屈原於(yu) 川澤之間叩擊的《天問》，正在得到新時代中國科技工作者的回應。