天神對接控製係統研發揭秘：俄曾拒絕技術幫助
“在軌表現卓越，甚至比地麵試驗驗證效果還要好。”盡管已是數日前的精彩，但談起天宮神八的“太空之吻”，北京控製工程研究所三室副主任李彬仍抑製不住激動。
在這次任務中，北京控製工程研究所負責了整個交會對接製導、導航與控製（GNC）係統的方案設計、技術設計與實現、軟件設計、實現、測試與評測、係統產品集成與試驗和飛行控製等任務，首次在軌成功應用天宮一號單框架控製力矩陀螺，140米以內承擔相對位置和相對姿態測量的CCD光學成像敏感器等核心產品。
穩：自主設計的控製力矩陀螺讓重約八噸的龐然大物在精準對接前先刹車
對於神舟八號和天宮一號的交會對接控製技術，好比是在高速飛行（比子彈的速度快8倍）的兩個航天器之間，曆經幾十萬公裏的追逐，完成穿針引線的動作，並最終聯成一體。也有人將它比喻是在高速飛馳過程中將鑰匙插入鎖眼中。這是一個是世界級的難題，此前隻有美國和俄羅斯能夠掌握此項技術。
北京控製工程研究所機電中心研製團隊做的工作，是讓重約八噸的龐然大物在精準對接前先“穩”下來，這就是我國首次交會對接中首次在軌應用成功的天宮一號單框架控製力矩陀螺。
作為姿態控製係統的關鍵部件之一，控製力矩陀螺產品具有輸出力矩大、控製精度高、不消耗工質等優點。國外在控製力矩陀螺產品研製領域起步較早，早在上世紀60年代就開始將其用於通訊及氣象衛星上，但在國內，直到上世紀90年代初，這項研製工作還處於空白狀態。
1998年，國家863計劃專家組麵向未來空間實驗室和大型衛星發展的需要，確定了預先研究課題，經過綜合比較，最終確定由北京控製工程研究所承擔研製工作。
曆經十餘年，先後更換了幾任設計和生產負責人，走過原理樣機、工程樣機、初樣、正樣階段。此過程好比蓋房子，虎剛研究員打下堅實的地基，徐映霞研究員構建了牢固的架構，最終由武登雲、魏大忠、李剛等人蓋起了房子。
即使如此，對一支平均年齡在35歲以下的年輕研製隊伍來說，依然困難重重。
“感覺最缺乏的是經驗。”產品總工張激揚說，年輕的研製團隊一度也希望得到國外同行的幫助。俄羅斯聖彼得堡指揮儀表所是研製控製力矩陀螺的專業院所，建所以來一共生產各型號控製力矩陀螺產品1000多台套，用於俄羅斯各種型號衛星和空間站，其控製力矩陀螺研製水平在國際上首屈一指。
2006年，張激揚隨研製團隊前往聖彼得堡，獲得與儀表所研製人員麵對麵交流的機會。
“當時我們非常興奮，準備了很多問題，想與俄方進行技術交流時，卻被委婉拒絕。”張激揚印象深刻的是，每一次交流，都有俄方的商務官員全程陪同防止泄密，戒備心理很強。
從國外直接進口？美國不賣，和法國提出買一個小陀螺對方開出的價碼是1000萬美金，價格貴，自身還學不到技術。
從國外同行那裏尋求幫助的路行不通，張激揚深深理解了一句話，“真正的核心技術是買不來的，掌握在自己手上的技術才是真正的核心技術”。
作為交會對接任務的核心技術產品之一，控製力矩陀螺必須確保產品質量性能穩定可靠，做到高可靠和長壽命是得到應用的前提條件。
為了保證控製力矩陀螺產品首次上天萬無一失，控製力矩陀螺研製團隊製定了周密的專項可靠性試驗計劃。值得一提的是框架驅動組件壽命試驗，為了監測不同工況下的驅動組件轉速控製精度，需要研製人員每天記錄相關參數，並對轉速控製精度進行實時計算。幾位年輕的研製人員，在兩年多的時間裏，不分工作日節假日，每天輪換，從未間斷。
2010年，聖彼得堡指揮儀表所專家回訪北京控製工程研究所。在交流會上，俄方專家很好奇地問：“你們不是要建設自己的空間實驗室嗎，為什麽沒有買我們的控製力矩陀螺產品呢？”產品總工張激揚自豪地回答：“我們已經幹出來了！”
精：CCD相機讓對接精確到毫米
為完成神舟八號與天宮一號的完美之吻，交會對接製導、導航與控製係統特地為飛船精心安裝了一雙亮閃閃的“眼睛”——CCD光學成像敏感器。在交會對接過程中，地麵雷達、GPS等設備把神舟八號這把“鑰匙”順利送達天宮一號，使兩個飛行器之間的距離從幾百公裏接近到140米左右，接下來，在CCD相機指引下，兩個飛行器繼續靠近，並實現最後逼近直到對接完成。
成像中心主任趙春暉說，兩個飛行器最後靠攏階段是交會對接最關鍵的階段，也是難度最大、要求最高、風險極大的階段，時速每秒7.8公裏的飛船與天宮之間的距離從140米到完成對接，此時任何故障都有可能導致重大安全事故。
“CCD敏感器好像人的眼睛，當兩個高速飛行的飛行器快速靠近時，即使在太陽強光直射時也不能眨眼，而且還得給天宮一號上的6個目標燈拍照，對照片實施實時分析後判斷距離。”趙春暉說，這個階段將全麵考核控製係統的測量敏感器、控製方案、係統可靠性等各項指標，因為地麵的指令對控製精度等已經無能為力。
為了充分驗證測量設備的抗幹擾能力，二次對接在光照區舉行，還得考慮強陽光對測量設備所造成的幹擾。為此科研人員做了大量試驗，包括大量空間環境適應性研究。
2009年12月，交會對接敏感器研製隊伍進行了為期15天的室外雜光驗證試驗。那幾天北京正值寒冬，氣溫多在零下十多攝氏度，五六級的西北風還經常來“光顧”。說是試驗場地，其實就是用警戒線臨時隔離出來的一段人車都比較少的馬路。他們每天都要跟在平板卡車後步行約10公裏路程趕赴試驗場地，然後布置場地，展開設備等。為了趕試驗進度，他們每天在凜冽的寒風中通常要工作近12個小時。場地周圍連個小飯館都沒有，泡麵就是他們的中餐。由於連續的野外寒風中作業，很多人的臉和手腳都長了凍瘡。
第一次試驗結果顯示，精度比國外標準還高一個量級，當時趙春暉還不敢相信，“直到後來美國公開的文獻提到的研究進展和我們的一致，我的心才落了地”。
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