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中航科技五院嫦娥三号卫星相机团队向杂光和低温宣战

导读: 停留在月球表面的“玉兔号”,即使已经过了三个月的设计寿命、无法行动,却依然在自己的岗位上尽职尽责,拍摄有效照片发回地球。

        停留在月球表面的“玉兔号”,即使已经过了三个月的设计寿命、无法行动,却依然在自己的岗位上尽职尽责,拍摄有效照片发回地球。

  为可爱“玉兔”和“嫦娥三姐”装上明亮双眼,能够让她们在月球表面安全降落并且避障行走的,正是中国航天科技集团五院502所相机团队的五名成员。该团队为嫦娥三号任务共交付了五台相机,包括一对导航相机、一对避障相机以及着陆器的光学成像敏感器。

  他们设计研发的嫦娥三号月面着陆器避障视觉系统和巡视器双目视觉系统,保证了嫦娥三号选取最为平整的地点降落,更赋予了月球车“玉兔”行走避障能力。

  避障真牛

  与美国“阿波罗”登月计划依靠宇航员识别月面障碍不同,嫦娥三号采用无人软着陆,因此必须具有自主障碍识别能力。为此,相机团队使用光学成像敏感器和激光三维敏感器代替人眼,在距离月面较近时获得待着陆区域精确的三维高程图信息,可精确分辨月面上比较小的障碍。同时,在距离月面较远时还增加了一个光学成像敏感器,用于在较大范围内识别较大尺寸的障碍。如此一来,形成了一套远近结合、粗精并用的接力避障策略,大大提高了着陆的安全性。张洪华副总师所提出的接力避障视觉方案极其具有国际先进性。

  “这是国际上第一次使用机器视觉代替人眼视觉进行月面软着陆,因为没有人控制,所以只能让机器自主判断。”502所成像事业部副部长、相机团队负责人、避障算法设计师王立在接受采访时说,“最初预计是会落在一个平坦的地方,但通过实传图像可以看出,着陆区月面崎岖不平,布满陨坑和石块。最后落点前面就有一个大坑,着陆过程中我们绷紧了神经,但科学家们很开心,因为他们喜欢坑和石头。发射完成后有人说‘避障真牛,找的这块地儿绝了’,听到这样的夸奖很开心。”

  向杂光和低温宣战

  月球车“金光闪闪”的外衣“亮瞎”了不少航天迷的眼,这些根据器件温度控制要求而制作的一块块包覆材料,给相机团队的工作带来了很大的挑战:反射而来的强光非常容易影响相机的工作,从而发生判断失误,进而影响整个落月和行走。前期试验中考虑的都是太阳的杂光影响,包覆材料的类型和反射引起的新问题让研制人员一度压力颇大,但问题来了就要解决,中国航天人没有说“不”的传统。副主任设计师、主任工艺师于成武找来了强光源进行试验,几个人完全没有类似的经验,所有东西都是从零开始。他们冒着被强光、高温灼伤的风险,在相关团队的配合下,经过多次试验,改变了部分包覆材料材质的颜色,最终保证了相机在轨的清晰成像。

  月球昼夜温差极大,白昼时温度高达150摄氏度,黑夜时低至零下180摄氏度。极端的气温条件给所有研发团队的工作都带来了极大的挑战,相机团队也不例外。

  “我正在宿舍休息呢,就听见有人在外边喊我”,副主任设计师梁潇说。那是半夜,他的美梦被打断,原因就是正在进行低温测试的相机出现了故障。

  低温试验进行故障复现需要长时间的工作,且非常困难,只有在零下33摄氏度到零下35摄氏度的区间才会出现。发生故障的产品不能破坏,大家只能在以前的产品上努力复现。为了节约时间,白天开会,晚上熬夜做试验。这样没白天没黑夜,连续作战的生活整个相机团队几乎熬了一整个月。过程中“副总师陈建新过来看大家想吃什么,我说想吃西瓜,他就骑着自行车出去买了西瓜,还从家拿来把菜刀”。回忆到这里,五个人不由得全都乐了。一个月的苦战之后,问题顺利解决。故障修复时精神高度紧张,并没觉着有任何辛苦或者不适的周建涛,问题解决后头疼了整整一个星期。

  2012年春节的时候,正值放假的于成武突然接到通知——样机中连接两块刚性电路板的挠性电路板中有连接线断掉了。而用在着陆器、巡视器上的相机重量需控制在500克以内,为了达到重量最轻,必须使用挠性电路板。但是刚性电路板之间直接采用挠性电路板联接在此之前应用非常少,挠性电路板到底要怎么用成了摆在他面前的一道难题:留长了,会刮蹭到别的结构;留短了,弯折半径不够,可能很快就会断掉。

  虽然是春节假期,但相机团队还是埋头在实验室里,研究设计有没有改进的空间。办法都是想出来的,最后他们不单解决了已经发生的问题,于成武还编写出了《挠性电路板使用规范》为整个502所采用。

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