揭秘交會對接背后的太空“千里眼”微波雷達團隊

神舟十一號載人飛船即將在距離地面393公里的軌道上，與天宮二號航天器首次模擬未來空間站交會對接。其中，中國獨立研發(fā)的具備高精度測量能力的微波雷達引人注目。

“為交會對接牢牢牽起紅線的，就是這個接近A4紙大小、重量還不到6公斤的袖珍高科技‘眼睛’。”交會對接微波雷達總工程師孫武介紹說。

曾在天宮一號和神舟飛船的三次空間交會對接任務(wù)中立下汗馬功勞的微波雷達，如今變得更小、更輕、更可靠。記者探營其研制單位中國航天科工集團二院25所，揭秘他們第四次“出征”的幕后故事。

新“千里眼”：會“說話”　有“盔甲”

據(jù)介紹，微波雷達主要作用在200公里到20米的中遠程范圍，可謂名副其實的“千里眼”。它和其他不同原理的測量敏感器一起密切配合，“接力”牽引著航天器從相遇到相連。

孫武說，新一代微波雷達要完成遠距離捕獲、穩(wěn)定跟蹤、精準導(dǎo)引三大任務(wù)，“每次任務(wù)都不是上一次的簡單重復(fù)。這一次，是載人航天在雷達技術(shù)上實現(xiàn)平臺化、系列化的首次考驗”。

根據(jù)天宮二號及以后空間站任務(wù)的要求，交會對接將呈現(xiàn)常態(tài)化、快速化的趨勢，一個高效、可靠的雷達通信平臺不可或缺。

“我們?yōu)樾乱淮⒉ɡ走_增加了通信功能，將來實驗室和飛船溝通會變得更及時和精準。”孫武說，這意味著以往沉默的“千里眼”會“說話”了，變得更加強大。

對于整個立在艙外的雷達來說，太空中充斥的各種高能粒子是最危險的“敵人”，它們會像潮水一樣“沖擊”微波雷達，造成雷達誤碼，甚至“失去鎖定”。

微波雷達軟件工程主任設(shè)計師徐秋峰介紹說，新一代微波雷達增強了抗單粒子打翻的能力，還采取動態(tài)刷新等措施，“就像披上了一層自我修復(fù)的盔甲，在應(yīng)對高能粒子沖擊時，能夠及時識別損傷細胞并快速克隆再生，恢復(fù)產(chǎn)品正常功能，抗輻射性能提高1個數(shù)量級以上”。

據(jù)介紹，微波應(yīng)答機安裝在天宮二號上，雷達安裝在神舟十一號飛船上，兩者就像是電話的兩端，一問一答，不斷相互傳遞數(shù)據(jù)，為飛船調(diào)整位置和姿態(tài)提供準確的信息，最終實現(xiàn)高精度對接。

輕量化：為探月和火星探測做準備

25所空間載荷技術(shù)總體研究室主任、微波雷達主任設(shè)計師蔣清富透露，本次交會對接微波雷達技術(shù)設(shè)計超前，最新的產(chǎn)品將裝備在明年天舟一號貨運飛船上。

中國的空間交會對接雷達項目起步于1999年，經(jīng)過17年的獨立研發(fā)，如今進入系列化的關(guān)鍵階段。據(jù)悉，微波應(yīng)答機已經(jīng)是第二代產(chǎn)品，因此本次交會對接中也是第一代產(chǎn)品與第二代產(chǎn)品的匹配對接，是對后續(xù)空間站的對接測量任務(wù)的提前考驗。

在原有技術(shù)的積累上，新一代微波雷達產(chǎn)品重點開展了小型化、輕量化的改進。“重量是神舟十號雷達的一半，體積是以前的三分之一。”孫武說，功耗更減少到原來的三分之二。“這意味著雷達可以在太空工作得更久，從而將在探月和火星探測上發(fā)揮更大作用”。

蔣清富說，不要小看“瘦身”的6公斤，“對于載人航天來說，可謂寸斤寸金”，它可能意味著天宮二號多搭載了一個產(chǎn)品，多開展了一項空間實驗。

新一代微波雷達的性能有多強?孫武用一系列比喻讓數(shù)據(jù)變得更直觀：“在測量范圍上，它上至北京五環(huán)一整圈，下至一張桌子的長度;在測距精確程度上，可以達到一把20公分的尺長;在測角精度上，達到相當于人眼測試視力時相鄰兩行之間的角度;在速度測量的誤差上，基本小于一只螞蟻的爬行速度。”

25所副所長黃宜虎透露，除了神舟十一號飛船發(fā)射入軌后的加電、開機自校準、目標捕獲并穩(wěn)定跟蹤、精確測量之外，為了確保空間交變溫度環(huán)境下的測量精度，指控中心將控制微波雷達再進行一次在軌校準和捕獲，此后一直穩(wěn)定跟蹤目標，直到交會對接任務(wù)圓滿結(jié)束。

“在航天員進駐天宮二號，組合體在軌飛行的30天里，微波雷達團隊還將持續(xù)不斷提供保障。”黃宜虎說。

創(chuàng)新“基因”催生載人航天的“中國精度”

微波雷達副主任設(shè)計師賀中琴很長一段時間都是團隊中唯一的女性。她介紹微波雷達時，就像一個溫柔呵護它的姐姐：“它目前工作得很好，很穩(wěn)定，各項遙測參數(shù)正常。”

“交會對接微波雷達是載人航天非常核心的關(guān)鍵技術(shù)。”孫武說，要打破航天強國的技術(shù)封鎖，中國人只有自主創(chuàng)新一條路。

2002年，孫武大膽提出了一種全新的研制交會對接雷達的技術(shù)。當時，該項技術(shù)在世界范圍內(nèi)都沒有被廣泛應(yīng)用。面對質(zhì)疑，孫武帶領(lǐng)研究團隊在“一片空白”中開始了技術(shù)攻堅。

2007年，微波雷達原理樣機誕生。2008年5月，交會對接微波雷達被載人航天工程正式采用。2010年11月，微波雷達正樣產(chǎn)品交付。2011年11月3日，微波雷達首次亮相天宮一號與神舟八號的交會對接，并圓滿完成任務(wù)。

從方案提出，到第一次完成“太空之吻”，孫武和他的團隊僅用了9年時間，令中國空間交會對接雷達技術(shù)躋身世界一流，并擁有100%自主知識產(chǎn)權(quán)。

在高水平的“中國精度”背后，是令國際航天界羨慕不已的年輕團隊。據(jù)介紹，交會對接微波雷達團隊有21人，“80后”占到85%以上，平均年齡僅為31歲。目前，“90”后也陸續(xù)加入。

賀中琴說，在投產(chǎn)及交付階段，研制團隊會對新技術(shù)、新材料、新工藝等9個項目開展分析、復(fù)查。“可以說，創(chuàng)新已經(jīng)成為中國航天人代代相傳的基因”。

“要成長，你必須要獨創(chuàng)才行。”孫武說，“設(shè)計一次到位，研制工作嚴慎細實，這是我們成功的法寶。”