5月15日，天問一號探測器成功著陸火星烏托邦平原。任務(wù)中，中國航天科工二院25所自主研發(fā)的相控陣敏感器起到“千里眼”的關(guān)鍵作用，這是國內(nèi)首次將相控陣體制雷達(dá)應(yīng)用于地外天體著陸測量，被稱為火星著陸末段“生死九分鐘”的保命手段。
據(jù)相控陣敏感器總工程師孫武介紹，相控陣敏感器安裝在天問一號著陸巡視器進(jìn)入艙著陸平臺的下方，作用范圍達(dá)十幾公里，可謂火星探測器的太空“千里眼”，和其他不同原理的測量敏感器密切配合，“接力”引導(dǎo)探測器平安落地。
“相控陣敏感器在天問一號進(jìn)入火星大氣后，距火星表面約7公里高度時開始工作，持續(xù)提供相對于火星表面多個方向的距離、速度數(shù)據(jù)，用于探測器的減速、懸停和軟著陸控制，直至著陸巡視器降落至火星表面約5米處。”孫武說。
天問一號探測器從約125公里處高空進(jìn)入火星大氣，時速高達(dá)每秒5.9公里，要在短短9分鐘的時間內(nèi)，讓探測器的速度降至零，是火星探測任務(wù)中技術(shù)難度最大、失敗概率最高的關(guān)鍵時刻。
孫武告訴記者，與此前的載人航天工程任務(wù)不同，火星和地球之間距離漫長，通信存在較長時延，在地球上無法控制著陸過程，必須讓天問一號著陸巡視器自主完成這“生死九分鐘”的旅程，對敏感器的要求極為苛刻。
據(jù)他介紹，相比于國內(nèi)外已有的著陸測量雷達(dá)，相控陣體制的雷達(dá)天線由多個輻射單元組成，就像生物學(xué)中蜻蜓的“復(fù)眼”，具有波束掃描快、指向靈活、目標(biāo)容量大、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
相控陣敏感器主任設(shè)計(jì)師劉佳透露，天問一號著陸巡視器在下降過程中，會經(jīng)歷多種工作環(huán)境。與之前落月任務(wù)相比，由于火星重力比月球大，著陸下降加速度會更快，需要利用火星大氣進(jìn)行降落傘減速。在高速下落過程中打開降落傘，探測器會因減速沖擊發(fā)生劇烈擺動，是影響著陸成敗的關(guān)鍵時刻。
“這一瞬間，在相控陣敏感器的測量方向上，距離會有很大的變化，同時部分測量信號會打到地平線以上，出現(xiàn)檢測不到目標(biāo)的情況。”劉佳說，“對相控陣敏感器來說，就像在快速蕩秋千，眼睛要看清地面一頁紙上寫的字。”
火星上時常會發(fā)生劇烈的塵暴天氣，在天問一號著陸巡視器靠近火星表面時，其發(fā)動機(jī)噴射也會激起地面的粉塵和沙礫，對探測傳感器造成影響。
孫武說，相控陣敏感器在信號頻段選擇上做了充分的對比和論證，采用多種算法進(jìn)行了綜合優(yōu)化，并在沙漠戈壁通過直升機(jī)氣流模擬試驗(yàn)了在沙塵暴天氣中的工作狀態(tài)，確保測量的可靠性。
相控陣敏感器設(shè)計(jì)師賈學(xué)振說，相控陣敏感器采用了瓦片式收發(fā)模塊高密度集成，“相當(dāng)于用1套設(shè)備完成9套傳統(tǒng)設(shè)備的功能”。這意味著，探測器可以攜帶更多科學(xué)載荷和燃料，完成更多的探測任務(wù)。
相控陣敏感器是90后設(shè)計(jì)師陳梟煜工作以來參加的第一個項(xiàng)目，臨近執(zhí)行任務(wù)的那段日子，他忙碌又興奮。
“我們采用了全新的相控陣體制，每項(xiàng)試驗(yàn)它都表現(xiàn)得非常出色，如今又在著陸任務(wù)中表現(xiàn)給力，讓人欣慰！”陳梟煜說。
在研制初期，相控陣敏感器團(tuán)隊(duì)就瞄準(zhǔn)國際領(lǐng)先的目標(biāo)，制定距離和速度的測量精度要求。這是一次新體制在新環(huán)境下的新應(yīng)用，孫武帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)“從零”開始技術(shù)攻堅(jiān)。
2016年項(xiàng)目成立，相控陣敏感器團(tuán)隊(duì)當(dāng)即組建了總體、調(diào)度、組合、工藝、結(jié)構(gòu)、可靠性、物資、質(zhì)量等突擊分隊(duì)，聚焦關(guān)鍵技術(shù)突破，協(xié)同集智攻關(guān)，從縱向和橫向覆蓋產(chǎn)品的各個研制環(huán)節(jié)，通過了直升機(jī)掛飛試驗(yàn)、外場揚(yáng)塵試驗(yàn)、懸停點(diǎn)火試驗(yàn)等10余項(xiàng)試驗(yàn)的驗(yàn)證。
相控陣敏感器研制團(tuán)隊(duì)平均年齡35歲，這支年輕團(tuán)隊(duì)在短短幾年的時間內(nèi)打造出了高科技、硬質(zhì)量的“航天精品”，相比于國外同類產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了體積更小、重量更輕、功能更全、精度更高的既定目標(biāo)。
“科技創(chuàng)新這條路，一定會有坎坷，但必須要堅(jiān)持走。”孫武說。邱晨輝
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