天舟一號和天宮二號對接，這些「黑科技」完成太空「華爾茲」

科技日報記者 盛利 通訊員 賀曉棟

遙操作攝像機捕獲圖像

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，為後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研製，在此次對接及接下來的對接中，由該所研製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，如同兩位「太空舞者」的眼睛，將協助天舟一號與天宮二號在太空完成了曼妙的「華爾茲」。

在22日的首次對接中，由光電所等單位聯合研製的交會對接激光雷達安裝於天舟一號，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。

上述任務完成後，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。之後二者再次分離，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，針對後續開展的「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，通過對天宮二號大範圍繞飛掃描成像，實現了天宮二號多方向對介面的自動辨識、捕獲、測量功能。

「安裝於天舟一號艙外的遙操作攝像機，具備圖像實時壓縮解壓、雙視場觀測、低時延控制、複雜光照下成像等功能，將在交會對接過程中約140米內的最後平移靠攏段一展身手。」他說，遙操作攝像機以視頻速率拍攝天宮二號圖像並進行實時壓縮，通過無線鏈路通道將壓縮數據傳至天宮二號，天宮二號解碼復原圖像並最終顯示於儀錶顯示器，測量信息傳遞給飛船GNC分系統（控制分系統）支持自主交會對接，同時還將信息下傳地面控制人員進行監視及支持人工干預。

而為實現上述功能，遙操作攝像機擁有適應遠近距離的雙視場設計、太空複雜光照環境下成像能力等一系列「黑科技」。「本次對接在陽照區，遙操作攝像機在30米後近距離捕獲圖像優異，調光演算法經受住了考驗，為交會對接任務順利完成提供了完備的技術保障。」周向東說。

對接中，如果將天舟一號和天宮二號比喻為兩位「太空舞者」，那麼遙操作攝像機的雙視場設計，則為保障他們在跳「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，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，用作大角度範圍對接時；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。「如果我們在家裡進行視頻聊天，由於編碼、網路傳輸和解碼延遲的影響，雙方動作可能已經發生過去幾秒內，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、壓縮演算法和數據打包方式等策略的基礎上，攝像機在1024x768解析度下以視頻速率採集圖像，而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，是我們團隊重點解決的關鍵技術之一。

而在特殊的「太空舞台」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複雜光照條件成像功能正是為此誕生，「設備能夠實現在光照範圍在1lux到110000lux（太陽直射）範圍變化，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，這要求採用特別設計的調光演算法和專用設計的遮光罩來解決問題。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！