為巨龍?zhí)鞂m一號“點睛”

張晴

2011年11月3日凌晨，我國巨龍?zhí)鞂m一號實現(xiàn)與神舟八號飛船的對接任務(wù)；2012年6月18日14時14分與神舟九號對接成功；2013年6月13日13時18分，又與神舟十號成功對接。可以說，天宮一號與神舟飛船的對接，標(biāo)志著中國已經(jīng)擁有建立空間站和利用空間資源的關(guān)鍵技術(shù)。中國古有“嫦娥奔月”的神話傳說，也有毛澤東“可上九天攬月”的暢想，如今總算在我們的時代獲得了實質(zhì)性的突破和成功。

天宮一號的發(fā)射和對接，承載著幾代人的夢想，凝聚著無數(shù)科學(xué)家的汗水。這里我們要介紹的是在天宮一號與神舟八號、神舟九號、神舟十號運輸飛船的交會對接過程中，參與完成了“CCD光學(xué)成像敏感器”的研制工作的功臣李金宗教授。正是他為天宮一號這條巨龍，奉上了“點睛”之筆，使它在太空騰飛和遨游中完成對接。

勇于挑戰(zhàn) 給天宮一號一雙“慧眼”

李金宗，教授、博士生導(dǎo)師，享受政府特殊津貼，已完成國家計劃項目、“863項目”、創(chuàng)新基金項目和院所合作項目等30余項，并曾榮獲航天部預(yù)先研究先進工作者、國家高技術(shù)863-409主題研究先進工作者榮譽稱號。

而最讓李金宗引以為豪的，是他作為項目負責(zé)人完成交會對接CCD光學(xué)成像敏感器目標(biāo)標(biāo)志器及相機濾光片的研制，成功地用于“天宮一號”與“神舟八號”等運輸飛船的近距離觀測引導(dǎo)設(shè)備，完成在軌交會對接任務(wù)。

這是一個極具挑戰(zhàn)的項目。天宮一號在太空中以第一宇宙速度（7.9公里/秒）繞地飛行，自身重量達8.5噸，還需要在強陽光、強輻射和復(fù)雜外熱流等惡劣的太空環(huán)境中達到穩(wěn)定性高、可靠性強的工作狀態(tài)實現(xiàn)對接，這是非常困難的。要解決這個問題，必須為他們安置一雙精確制導(dǎo)的“慧眼”。李金宗教授帶領(lǐng)的團隊就是要研制交會對接精確制導(dǎo)環(huán)路中的引導(dǎo)設(shè)備——“天宮”的十二臺目標(biāo)標(biāo)志器和適配的“神舟”相機濾光片。

在交會對接的近距離段，目標(biāo)標(biāo)志器和相機濾光片兩者協(xié)調(diào)工作，即使在強陽光、強輻照和復(fù)雜外熱流等惡劣環(huán)境中，也能消除干擾，排障點睛，實現(xiàn)引導(dǎo)功能。這是事關(guān)交會對接成功與否的一項關(guān)鍵技術(shù)。交會對接過程的遙測數(shù)據(jù)和實際效果表明，李金宗教授團隊設(shè)計和研制的系統(tǒng)在交會對接的整個過程中都處于設(shè)計范圍的最佳狀態(tài)，出色地完成了引導(dǎo)功能。李金宗教授帶領(lǐng)的團隊也因此榮獲“中國載人航天工程突出貢獻集體”榮譽稱號，是全國高等院校中唯一獲得該項榮譽的單位。

科學(xué)精神 給團隊點亮一盞明燈

實際上，為了那一刻的對接，李金宗教授帶領(lǐng)哈工大圖象信息技術(shù)與工程研究所的科研人員，進行了長達5年的攻關(guān)。五年中，李金宗體會到，要完成這樣一項艱巨的任務(wù)，知識和能力固然重要，但是科學(xué)精神同樣不可或缺。而李金宗用他的精神，感染著每一個人，成為團隊前進的一盞明燈。

首先是創(chuàng)新精神。李金宗知道在這樣一個前沿、高端的科研項目中，沒有太多的經(jīng)驗可循，唯有創(chuàng)新才有出路。他常說：“科學(xué)研究既要有前沿性，更要有前瞻性”，鼓勵團隊突破創(chuàng)新。事實上，得益于前期預(yù)研的創(chuàng)新成果，當(dāng)面臨交會對接觀測設(shè)備的競標(biāo)任務(wù)時，這個團隊已經(jīng)完成4項成像精確制導(dǎo)和2項近距離交會對接的部級鑒定項目，并且出版了《空間交會對接技術(shù)》、《模式識別導(dǎo)論》等專著，從眾多競標(biāo)者中脫穎而出。同樣因為創(chuàng)新，他們將項目做到了國際領(lǐng)先水平。

其次是拼搏精神。李金宗介紹說，因為太空環(huán)境中光線強度、溫差等條件變化巨大，為了測試系統(tǒng)在不同條件下的抗干擾能力，團隊成員頂著酷暑，在地面溫度近50℃的外場進行試驗，從安裝調(diào)試到獲取數(shù)據(jù)，一干就是幾個小時。很多隊員的皮膚被日光灼傷，膠鞋與地面黏在一起。低溫環(huán)境穩(wěn)定性測試過程中，他們在滴水成冰的哈爾濱寒冬深夜對設(shè)備持續(xù)進行5小時以上的試驗，團隊成員與鋼鐵制造的設(shè)備一起經(jīng)受嚴寒的考驗。就是在這樣的條件下，有人被凍感冒，有人耳朵被凍傷，但是沒有一個人退縮。

此外，李金宗和他的團隊還表現(xiàn)出無私奉獻的敬業(yè)精神，以及勇于嘗試和敢于擔(dān)當(dāng)?shù)呢?zé)任意識。一方面，放下包袱敢于拼搏，另一方面，面對錯誤勇于擔(dān)當(dāng)和改過。精神照亮科研，汗水換來收獲。李金宗教授帶領(lǐng)的團隊設(shè)計和主持研制的CCD光學(xué)成像敏感器關(guān)鍵設(shè)備經(jīng)受住實踐的檢驗，獲得了成功，同時獲得了5項國家專利。

技術(shù)創(chuàng)新 助力中國航天新時代

空間交會對接技術(shù)起始于上個世紀60年代，美國、俄羅斯、日本、歐空局和中國已經(jīng)實現(xiàn)了空間飛行器的交會對接，而實現(xiàn)載人和人控交會對接的只有美國、俄羅斯和中國。目前，國際上的同類技術(shù)均采用逆向反射器構(gòu)成的被動的合作目標(biāo)，而未采用主動光源的合作目標(biāo)。李金宗領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)的CCD光學(xué)成像敏感器的合作目標(biāo)設(shè)計了具有主動光源的目標(biāo)標(biāo)志器，標(biāo)志著中國在空間交會對接技術(shù)上，打破了美、日、歐三足鼎立的格局，有了屬于中國的自主創(chuàng)新技術(shù)，為中國建立空間站鋪平了道路。

2012年12月24日，經(jīng)專家評審鑒定，充分肯定了該項目在應(yīng)用于“天宮一號”與神舟飛船交會對接上所取得的成績，同時總結(jié)了其技術(shù)創(chuàng)新點：首先，在標(biāo)志器方案的選擇上，突破了目前國際上同類方案均采用被動反射器方案的現(xiàn)狀，而設(shè)計和研制了主動標(biāo)志的新方案，建立了相機濾光片與主動標(biāo)志器適配模式，解決了交會對接過程中強干擾（包括陽光和激光雷達）等技術(shù)難題。其次，首次將塑封發(fā)光二極管成功地用于空間飛行器在軌艙外操作的航天設(shè)備，作為“天宮”目標(biāo)標(biāo)志器的發(fā)光器件，在軌壽命長達16年以上，而遠場波束的能量集中度由原來的50%左右提高到89%以上；首次將光纖面板成功地用于空間飛行器在軌艙外操作的航天設(shè)備，構(gòu)成勻光器，完成點/面光源的轉(zhuǎn)換，并且使其具有抗輻照性能，且具有高均勻性和高對稱性的特征，消除了成像“花瓣”和“鬼影”，提高了識別與測量的精度。最后，解決了高截止深度窄帶濾光片的可靠性和穩(wěn)定性，通過斜入射補償設(shè)計解決了角度效應(yīng)問題，同時實現(xiàn)了一組涵蓋通帶透過率（大于95%）、止帶截止深度（小于0.06%）、窄通帶且接近矩形等高性能光學(xué)濾波參數(shù)，在陽光斜入射時，能大大縮小陽光在像平面內(nèi)的干涉區(qū)域，大大減小能分辨標(biāo)志器像斑的陽光最小入射角，并且使其能與目標(biāo)標(biāo)志器在強陽光、強輻照和復(fù)雜外熱流環(huán)境中保持最佳匹配。專家們一致認為，該項目科學(xué)技術(shù)先進，研制難度大，發(fā)明創(chuàng)新性強，具有多項知識產(chǎn)權(quán)，填補了國內(nèi)空白，在目標(biāo)標(biāo)志器和濾光片技術(shù)領(lǐng)域，屬國際領(lǐng)先水平。

天宮一號與神舟飛船的交會對接，意味著中國航天邁上一個新的高度，進入一個嶄新的時代。李金宗和他的團隊，為了這一個時代的降臨付出精力和汗水，永遠值得我們銘記。他們的科學(xué)精神和創(chuàng)新能力，為我國航空人乃至整個科學(xué)界樹立了光輝的榜樣。