試想，在超高速公路上，兩(liǎng)輛小汽車正以每秒7.8公裡(lǐ)的極速飛馳。如果讓後(hòu)一輛汽車向(xiàng)前加速，分毫不差地將(jiāng)車頭上的一根細線穿進(jìn)前車車尾的針眼裡(lǐ)，該怎樣(yàng)做到？
你大概會(huì)說(shuō)，這(zhè)不可能(néng)。
然而，中國(guó)電科二十七所（以下簡稱“二十七所”）交會(huì)對(duì)接激光雷達團隊，讓這(zhè)種(zhǒng)不可能(néng)成(chéng)爲可能(néng)。
對(duì)這(zhè)個團隊而言，要實現穿針引線的“小汽車”其實就(jiù)是太空中的飛船與空間站，“針眼”就(jiù)是航天器的對(duì)接接口。而在太空中引導飛船與空間站實現交會(huì)對(duì)接的“慧眼”，就(jiù)是交會(huì)對(duì)接激光雷達。如今，交會(huì)對(duì)接激光雷達已多次支撐我國(guó)載人航天任務完成(chéng)。
10月26日，在交會(huì)對(duì)接激光雷達引導下，神舟十七号載人飛船和空間站天和核心艙前向(xiàng)端口成(chéng)功對(duì)接。新華社記者 金立旺 攝
“雪山腳下蹚出一條路”
神舟十七号發(fā)射前，魏龍超的心弦又繃緊了。
作爲二十七所光電系統部高級工程師，魏龍超在交會(huì)對(duì)接激光雷達的研發(fā)道(dào)路上已經(jīng)走了10年。向(xiàng)記者回憶起(qǐ)研發(fā)之初的經(jīng)曆，他感慨萬千。
1995年，二十七所激光部起(qǐ)草論證書，“太空中的慧眼”從構想走向(xiàng)科學(xué)體系論證；
2005年，交會(huì)對(duì)接激光雷達研發(fā)項目正式啓動，應用目标是用于6年後(hòu)升空的“神八”。
當時(shí)，交會(huì)對(duì)接激光雷達是一項前無古人的新技術，無技術基礎、缺乏相關文獻，實地測試條件也不具備。
研發(fā)團隊隻能(néng)參考國(guó)内外資料，再結合地面(miàn)試驗，推演太空中的情況。二十七所所址在河南鄭州，由于海拔低，受大氣環流影響大，不适合做地面(miàn)試驗。幾經(jīng)考察，他們把試驗地選在了雲南麗江。
二十七所激光雷達團隊在實驗室的研發(fā)現場。受訪者供圖
二十七所光電系統部高級工程師封治華，到現在都(dōu)還(hái)記得麗江那個早春——
2011年3月，距離“神八”發(fā)射不足一年，激光雷達處于驗證調試的關鍵期。在經(jīng)曆兩(liǎng)周不眠不休的“魔鬼式”系統聯調後(hòu)，封治華一行五人帶著(zhe)激光雷達來到麗江，測試激光雷達的信号接收與系統探測跟蹤威力。
爲了模仿太空中的交會(huì)對(duì)接環境，他們把激光雷達主設備架在酒店頂樓，然後(hòu)在距其約11公裡(lǐ)的山上放置信号捕獲目标。
那是一座玉龍雪山腳下的小荒山，人迹罕至。封治華和另外兩(liǎng)名設計師一起(qǐ)，背著(zhe)兩(liǎng)套重達幾十斤的接收設備，在滿是坑窪與石礫的大山上，尋找合适的接收點位。
封治華說(shuō)：“激光雷達的搜索範圍有限，我們背著(zhe)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(chéng)信号接收。荒山野嶺間沒(méi)有路，隻能(néng)硬生生地蹚。”
封治華的回憶裡(lǐ)，玉龍雪山下的那個春天，很美；自己用腳步丈量出的路，很長(cháng)。
“從0到100”
雖然在交會(huì)對(duì)接激光雷達研發(fā)之初，二十七所研發(fā)團隊完全處于“零基礎”的狀态，但是中國(guó)航天對(duì)團隊提出的要求是——“百分百”。
“這(zhè)不是‘從0到1’，是‘從0到100’。”魏龍超說(shuō)，中國(guó)航天的質量管理體系極其嚴格，每一件産品下線之前，技術人員必須對(duì)其有百分之百的把握。
封治華回憶說(shuō)：
“有一次，我們做系統測試時(shí)發(fā)現數據不穩定，顯示有系統幹擾。排查定位問題沒(méi)有捷徑可走，我們從分系統到單機、從電路闆再到微小的器件逐一測試。幹擾源種(zhǒng)類多，幹擾又屬于偶發(fā)現象，需要24小時(shí)不斷進(jìn)行。經(jīng)過(guò)連續奮戰，我們最終發(fā)現是某一處電路設計不合理導緻了電磁幹擾。”
二十七所激光雷達團隊在實驗室的研發(fā)現場。受訪者供圖
找到問題後(hòu)的修改更是難處所在。整個系統相連，牽一發(fā)而動全身，對(duì)一處細節進(jìn)行的小改動就(jiù)可能(néng)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(jiù)要考慮對(duì)整體的影響。
産品交付後(hòu)，封治華心裡(lǐ)的石頭并沒(méi)有落地。雷達上天以後(hòu)能(néng)不能(néng)圓滿完成(chéng)任務？天地差異的計算是否精準？飛船萬一沒(méi)有對(duì)接上怎麼(me)辦？無數個問号在他心裡(lǐ)“咚咚咚”地敲鼓。
“航天與地面(miàn)操作不一樣(yàng)，它不能(néng)維修，也無法重來。理性上，所有實驗都(dōu)做過(guò)了，能(néng)驗證的也都(dōu)驗證完成(chéng)了，并且做了很多冗餘設計；感性上，我就(jiù)是止不住地忐忑、擔心。就(jiù)像是一個母親擔心出遠門的孩子。”封治華說(shuō)，“有一次，我做噩夢，夢見主任對(duì)我說(shuō)，咱們的雷達沒(méi)對(duì)上，我一下就(jiù)驚醒了。過(guò)幾分鍾才緩過(guò)來，想起(qǐ)飛船還(hái)沒(méi)發(fā)射。”
2011年11月3日，神舟八号飛船與天宮一号成(chéng)功完成(chéng)剛性連接，形成(chéng)組合體，交會(huì)對(duì)接激光雷達首戰告捷。然而，坐在會(huì)議室大屏幕前的團隊成(chéng)員們，卻并沒(méi)有爆發(fā)出想象中的掌聲與歡呼。擦掉淚水與汗水，他們更多的感覺是放松——今晚，終于可以睡個好(hǎo)覺了。
“激光雷達技術永不成(chéng)熟”
随著(zhe)我國(guó)航天技術不斷更新叠代，二十七所研發(fā)團隊面(miàn)臨的挑戰也越來越多。徑向(xiàng)交會(huì)對(duì)接，成(chéng)爲擺在團隊面(miàn)前的新任務。
封治華說(shuō)：“形象地說(shuō)，原來的對(duì)接方式是‘兩(liǎng)車追尾’，而徑向(xiàng)交會(huì)對(duì)接就(jiù)是後(hòu)面(miàn)的汽車‘漂移’過(guò)去，拐個急彎，精确地把‘線’穿到前車車頭的針眼裡(lǐ)去。”
二十七所激光雷達團隊在實驗室的研發(fā)現場。受訪者供圖
2021年10月，神舟十三号載人飛船搭載3名航天員發(fā)射成(chéng)功，并首次以徑向(xiàng)交會(huì)對(duì)接的方式實現與天和核心艙的連接。
魏龍超自豪地說(shuō)：“這(zhè)次對(duì)接在觀測坐标系複雜變換的條件下，激光雷達始終保持對(duì)預設目标的穩定跟蹤，并在預設切換點迅速完成(chéng)不同合作目标間快速切換，保證了全程高精度測量數據的穩定有效。”
2023年5月，航天交會(huì)對(duì)接激光雷達與神舟十六号同步升空，成(chéng)功進(jìn)行了空間站核心艙徑向(xiàng)端口交會(huì)對(duì)接的精确引導，完成(chéng)了中國(guó)空間站應用與發(fā)展新階段的首次載人任務。
此次，在神舟十七号飛船與空間站核心艙前向(xiàng)端口交會(huì)對(duì)接接近段和靠攏段，激光雷達順利完成(chéng)了對(duì)目标空間站的搜索、捕獲、跟蹤測量，支持飛船GNC系統完成(chéng)空間交會(huì)對(duì)接控制任務并形成(chéng)“三艙三船”組合體，助力中國(guó)空間站應用發(fā)展進(jìn)入新階段。
記者向(xiàng)二十七所光電系統部負責人範海震提問：
“激光雷達‘上天’這(zhè)麼(me)多次，是否意味著(zhe)這(zhè)項技術已經(jīng)成(chéng)熟？”
範海震說(shuō)：“不，激光雷達技術永遠不會(huì)成(chéng)熟。我們始終有新的山峰要攀，新的困難要攻克，新的路要走。”
範海震表示，目前，團隊已經(jīng)完成(chéng)了後(hòu)續神舟飛船的激光雷達配備，并同時(shí)著(zhe)手研發(fā)更先進(jìn)的設備，爲服務國(guó)家探月、探火戰略作技術儲備。
