多波束激光雷达分系统总装测试现场。中国航天科技集团九院704所供图
在同事眼中,李静很有韧劲。她在接受新京报记者采访时也表示:“只要这个事情是交给我做,不管用什么方法,我肯定要把它解决好。自己做的激光器能用在航天上,心里很有成就感。”
赵一鸣是航天九院704所招进来的首个国家公派留学博士,此后李静也加入进来。十多年前,国内激光器的研制水平与国外还有一定差距,像李静这样做激光器的学生也很少,彼时即将从德国亚琛工业大学学习结束的李静,在一场招聘会上,见到了时任704所所长的李艳华。一番深刻交流后,李静决定“迎难而上”,回国留在704所。
早年间,我国地面激光雷达的应用还比较少,星载的激光雷达应用亟须开发。“对于星载的激光雷达能在天上发挥多大作用,实现多大的效能,没有人能说得太清楚。”赵一鸣称,既要面向应用,又要实现技术的先进性,这让多波束激光雷达的立项在一开始就备受质疑。
有了大量地面激光雷达验证的丰富数据和经验,2014年,我国针对探测大气的首例多波长激光雷达挂飞综合试验顺利完成,两年后,针对探测植被的大光斑激光雷达机载系统挂飞综合试验也顺利完成。此外,研制人员还对一些工程上的关键技术进行了攻关,验证了主动载荷从天上往地下看的技术和原理的可行性。
解决了星载激光雷达的应用、技术指标的论证、单项关键技术的攻关等问题,2016年年底,近50名专家聚在北京一个酒店的大厅里,开展商议评审,会议结束前,专家们一致认为:可行,可做。
潘超觉得,在既有的条件下,要实现跟跑、并跑、领跑,是个艰难的过程。“但我也觉得,你付出了多少,就会收获多少。”他说。
项目团队从原先的10人壮大到50多人,在赵一鸣看来,这批人是真正热爱激光雷达事业。赵一鸣告诉团队成员:“你们以后当爷爷奶奶了,你就跟孙子辈说,当年我做了个东西,现在在太空还能打出光到地球来,在地球上有个印记。你们说,这是不是件很伟大的事情?”
项目团队对多波束激光雷达大气激光器进行装调。中国航天科技集团九院704所供图
接收激光回波信号,自动对中系统尤为关键
大气激光雷达在工作时需确保激光器发射的激光经大气反射后恰好进入望远镜接收视场,才能使激光雷达收到回波信号。
由于激光器发散角和望远镜视场角都非常小,这一过程就如大海捞针一样困难,此时自动对中系统就尤为关键。
“简单地讲,自动对中系统就是一个高精度、高分辨率的二维激光指向调整装置。”该自动对中系统技术负责人周树春告诉记者。
据他介绍,当前,由于无法获得高精度实时光轴指向反馈信号,系统精度完全依靠精密机构和控制系统自身设计加工的精度,其难度很大。
技术团队从前期的技术攻关,到电性件和鉴定件的研制,再到最后的正样研制,整个自动对中系统的研制前后花了近七年时间。
大气激光雷达在发射中会经历剧烈振动,卫星发射入轨后,重力环境也会发生巨大变化,这些因素都会导致原本调整好的收发光轴发生变化。
周树春说,此时就需要自动对中系统“大显身手”,它有一套高效的搜索策略确保准确地找到最佳对中位置,对中完成是激光雷达工作的第一步,这也是项目总体特别关注这一分系统的主要原因。
由于没有前人的经验借鉴,自动对中系统的研制过程非常艰难,遇到了很多困难,每一个难题的解决都凝聚着项目组设计人员的巨大付出。
在做热真空实验时,作为分系统的一项关键指标,激光指向的稳定性严重超标。研制团队把试验室当成了家,吃住、工作在一起,花了一个多月时间,把各种工况的实验全部做了一遍,逐个排查。
多波束激光雷达热真空试验现场。中国航天科技集团九院704所供图
“我们把系统的每一组件在热真空环境下的特性摸个遍,最终才找到问题的症结。作为航天人,要想成功就得对自己狠一点。”周树春说。
据了解,目前,自动对中系统已经顺利完成了在轨对中过程,准确标定出了激光发射光轴的最佳位置。系统精度和稳定性完全满足指标要求。