在举世瞩目的“嫦娥一号”绕月探测任务中,由我国自主研制的CCD立体相机成功获取中国首幅月面图,为我国首次探月工程的圆满成功作出突出贡献的中国科学院西安光学精密机械研究所,日前又为神舟七号载人航天飞行任务作出新贡献。
由该所为中国航天科技集团运载火箭技术研究院和上海航天技术研究院研制的“神七”箭载和船载系列摄像机,圆满完成了火箭发射及飞船在轨运行实时图像的监测任务,特别是该所研制的舱外摄像机成功记录了中国人首次进行太空行走的历史性画面,不仅使国人为之振奋,而且向全世界见证了我国“神七”飞天的辉煌壮举。
中国科学院西安光机所从“神六”开始为中国航天科技集团运载火箭技术研究院研制箭载摄像机,也称遥测系统摄像装置。通过在火箭上设置箭载摄像机,我国在“神六”运载火箭上首次成功地拍摄到了助推器分离、一/二级火箭分离、整流罩分离、船箭分离等重要过程的实时图像,使地面指挥中心能够直观地看到火箭发射后各个飞行阶段连续动作过程的实时图像。
箭载摄像机在“神六”中的成功应用,不仅填补了国内箭载光学设备的空白,而且解决了摄像装置在火箭飞行时背景光快速变化、快速减压、快速温变及火箭发射带来的强振动等恶劣环境下清晰成像的关键技术问题,被有关专家高度赞誉为“神眼”。
今年,西安光机所再次承担为“神七”研制遥测系统摄像装置。此次“神七”除按以往继续在运载火箭的外部和整流罩内各安装一套遥测系统摄像装置外,又特别在火箭的二级尾舱里加装了第三套遥测系统摄像装置。对于这第三只眼睛的作用,“神七”载人航天工程运载火箭系统副总设计师张智介绍说:“目的有4个:一是能看到主发动机工作情况,二是能看到4个游机的摆动情况,三是能监测到二级尾舱里的热环境,四是我们把二级增压管路作了铝改钢的技术改进,效果如何,用摄像头能看见。”他还指出,二级尾舱里有5个发动机,温度高、振动大、亮度强,第三台摄像机的工作环境十分恶劣。研制人员对整个机身作了防热和抗振的保护,用抗高温的石英玻璃片做镜头,又装配了能够随亮度自动调整的滤光片,从而更好地拍摄尾舱里的火焰。
9月25日,神舟七号飞船顺利发射升空,3台箭载摄像机清晰地拍摄了火箭发射各阶段的实时图像,不仅圆满完成了对火箭运行姿态进行的实时监控,更为今后长二捆火箭的持续改进提供了珍贵的影像技术资料。
10月2日,中央电视台在当日《新闻联播》中还特别对箭载摄像机进行了报道:“在光线比较暗的情况下,要能拍摄;在亮的情况下,也不会曝光过度;在零下40度到零上60度环境和温度下都能正常工作;并且摄像头的拍摄范围能够达到无限远。”
继美国和俄罗斯之后,中国成为第三个掌握空间出舱活动技术的国家。翟志刚作为我国太空行走第一人,让五星红旗首次在太空中飘扬。中国航天员首次进行太空行走具有历史意义的画面,通过安装在飞船推进舱和轨道舱的两部舱外摄像机完整地进行了记录,并向全世界进行了实况转播。而有幸记录并见证“神七”飞天辉煌壮举的两部舱外摄像机是由中国科学院西安光机所承担研制的。
2006年,西安光机所开始承担为上海航天技术研究院研制神舟七号飞船舱外摄像机。作为安装在飞船外部的光学成像设备,该摄像机必须要应对飞船在太空飞行期间所面临的复杂、恶劣的空间外部环境。该所科研人员先后解决并提升了摄像机抗空间辐照、抗空间带电粒子、抗原子氧的能力,并攻克了光学设计大视场以及低畸变、高低温等有关技术难题,确保摄像机实现在真空环境下清晰成像的技术要求。
“神七”飞船副总指挥秦文波在介绍该设备时说:作为首次搭载到神舟飞船的全新载荷,这两部摄像机在研制过程中克服了“既要减重,又要好用”的两难问题,其形状为长方体,重量比家用小摄像机还轻了许多,这两颗精巧的小“眼睛”不仅“明亮”,同时还能应对极端温度、真空、辐射、粒子等空间环境的干扰。
9月27日下午,“神七”舱外摄像机清晰、完整地拍摄了我国航天员进行空间出舱活动的实时图像,我们有幸从太空看到太阳光给飞船穿上的金色外衣,以及该摄像机拍摄到的印度次大陆海岸线等地球上许多秀丽的景色画面。在航天员即将返回地面时,该摄像机还成功拍摄了飞船返回舱与轨道舱分离等许多宝贵的影像资料。
神舟七号此次在太空运行68个小时后返回地面,作为一项重大航天工程任务,地面指挥中心必须不间断地对航天员在太空期间开展的各项试验工作情况、生活情况及包括各种设备的运作情况进行实时图像的监测,以确保此次飞行按指进行并随时根据变动情况下达各项新的指令。为此,在神舟七号的返回舱和轨道舱内共安装了3台摄像机以提供飞船在轨运行期间的全程图像数据。
西安光机所为上海航天技术研究院研制了“神七”所有舱内摄像机的光学系统。光学系统作为摄像机的核心部件,直接决定着摄像机的成像质量,科研人员专门为“神七”设计的光学系统具有大视场角、小畸变、高分辨率的特点。
从9月25日“神七”发射,到3位航天员9月28日成功返回地面,在近3天的时间里,“神七”舱内摄像机清晰拍摄了航天员在舱内的全部实时状态影像,及时为地面中心提供了第一手图像资料信息。
西安光机所为酒泉卫星发射基地研制的新型高速电视测量系统参加了此次“神七”运载火箭发射初始段的监测任务。此前由该所研制的同类设备曾参加并圆满完成了我国从“神一”到“神六”历次火箭发射的监测任务。高速电视测量系统是距火箭发射塔架最近(仅300米)的测控设备,当火箭发射时由3台高速电视测量系统组成一个测控体系网,执行对运载火箭的起飞漂移量做测量,同时兼顾初始段飞行姿态的监视、摄像和实况记录,通过提供直观、实时的发射景象与起始段的运作情况,以便使各级指挥决策者能迅速作出各种判断和决策。
由于高速摄影技术的持续不断的发展,在此次神舟七号发射任务中,由西光所最新研制的高速电视测量系统替代了原高速摄影系统,并且圆满完成了对火箭的跟踪测量和实况记录等预定任务。
至此,随着“神七”飞天任务的圆满完成,由西安光机所专门打造的系列摄像装置,从火箭发射到飞船运行、从地面监测到太空拍摄与“神七”实现了同步完美。