“黑科技”完成“太空華爾茲”

　　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，為后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”的眼睛，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。上述任務完成后，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。之后二者再次分離，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，針對后續開展的“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，通過對天宮二號大范圍繞飛掃描成像，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米內的最后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”，那么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，用作大角度范圍對接時；“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“太空舞臺”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范圍在1lux到110000lux（太陽直射）范圍變化，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。”（盛 利）