空间全程交会对接激光雷达技术

1 所属科学技术领域及主要内容 空间交会对接（RVD）技术是当今航天领域的一项关键技术。它包括两部分相互衔接的空间操作，即空间交会和空间对接。交会是指跟踪航天器与目标航天器在轨道上按预定要求相互接近的过程，即两个航天器通过轨道参数的调整在同一时间到达同一空间位置的过程。而对接是在交会的基础上，通过专门的对接装置将其在结构上连成一个整体。随着载人航天技术的发展，空间RVD技术也得到了迅速发展和广泛应用。开展本项目研究是为空间交会对接任务提供一种适应于大范围快速捕获、精确测量方位角与距离、速度的测量设备。这对空间交会对接激光雷达提出了作用距离更远、测量精度更高、重量轻、功耗低的要求，因此空间交会对接激光雷达是需要突破的关键技术之一。 2 项目背景 航天器交会对接技术是航天领域一项非常复杂、难度较大的工作。从控制角度讲，交会对接主要属于航天器制导、导航与控制范畴，尤其是对接操作，涉及相对惯性空间或轨道坐标系的六自由度轨道位置和姿态控制问题。完成空间交会对接任务，必须利用有效的测量方法和测量敏感器确定两航天器在交会对接时的相对轨道位置和姿态角度等运动参数。交会对接测量技术随着20世纪60年代初期交会对接的需要而产生，用于交会对接的测量敏感器和测量方法也一直是各国研究的重点。本项目研究的激光探测技术，为航天器交会对接提供了一种高精度测距、测速、测角的测量技术。 3 主要创新内容、特点 在空间交会对接激光雷达（以下简称激光雷达）研制过程中，研究了交会对接位置参数测量技术，研制了能够覆盖远距离的高可靠、高精度合作目标激光雷达系统，经实验室测试和外场试验验证表明各项参数能够满足指标要求，可实现激光雷达对空间两个动态航天飞行器的高精度测距、测角、测速功能。研制过程中形成了多个创新点，在保证了激光雷达功能性能、技术指标、测量精度、可靠性、深空环境适应性的前提下，实现系统的小型化、轻量化和低功耗，其总体技术在同领域国内领先。 激光雷达研制过程中，形成了如下创新点：交会对接激光雷达粗、精扫协调控制与双信标模式相配合的系统设计方法，解决了扫描视场小、捕获时间长的问题；高灵敏度大动态范围激光信号检测方法，解决了接收机带宽窄及动态范围小的问题；远距离高重频实时距离解模糊的方法，解决了因激光器高重频带来的距离模糊问题；用于激光雷达大范围快速搜捕的有源合作目标器，配合粗、精扫协调解决了扫描视场小、捕获时间长的问题。 该项目在研制过程中形成了5项专利，已申报国防专利。 4 推广应用情况 激光雷达中对合作目标高精度探测技术可以为建造空间站、进行空间救援、大型结构的在轨装配、在轨燃料加注、物资运输，航天员定期轮换及营救，深空探测等空间活动提供技术保证。为我国空间自主交会对接技术的在轨服务应用（更换部件、空间加注、碎片清理等）开辟了良好的前景。此项技术的研究，提升我国在空间交会对接领域的技术水平，使我国在航天领域的探测活动有了更可靠的技术保障。