中国空间技术研究院消息:9月12日,5米光学卫星(又名资源一号02D星)成功发射,星上搭载了由中国空间技术研究院下属的北京空间机电研究所研制的可见近红外相机,作为该星的主要载荷,相机将在国土资源业务、林业、水利、农业、测绘、环境减灾及遥感数据自主等方面发挥重要作用。
“相机为一步正样产品,是该所首个双通道9谱段成像可见光相机,也是508所首个采用国产多光谱探测器的载荷。相机研制周期紧、难度大,与另一型号宽幅全色多光谱相机几乎同期研制及总装,又是同一支研制队伍,这给这台相机的按时交付增加了不少压力。”相机技术负责人于生全介绍道。
但是,再难的技术、再紧的节点都打不倒该相机团队,在团队负责人、5米光学卫星载荷副总师王军的带领下,团队展开了紧凑有序的研制工作。在总装和测试现场,经常能看到王军和于生全在跟设计师、操作人员席地探讨,不放过任何一个小细节。正是这种踏实专注的持久坚韧,使团队攻克了一项项技术难点,拿下了一个个任务节点,按时保质交付了相机。
技术说话,确保相机“精准”
可见近红外相机采用三反离轴分通道焦面形式的光学系统,两个成像通道分别采用五色和四色探测器以满足9谱段探测需求。由于采用了双通道成像,光学系统Y向视场角较大,同时又受到相机结构尺寸及光学畸变校正的限制,光学系统的设计和装调难度非常大,团队里的“光学元老”黄颖肩挑相机光学设计重任,“装调大师”王春雨负责相机镜头装调,这对王牌组合果然不负众望,最终打造了这台相机的高传函、零畸变三反离轴镜头。
话说回来,高难度的光学镜头也离不开严谨的结构设计。作为该相机的结构副主任设计师,张楠承担了相机关键部组件、直属件以及所有工装设备的设计和维护。一台近三百公斤的相机,每个部件需要什么规格、多少数量的标准件他都了如指掌。每次总装结束,无论多晚,都能看到他坐在地上清点自己的宝贝零件和螺钉,一丝不苟。
该相机是该所首个双通道9谱段成像的可见光相机,双通道多谱段焦面能够获取更多的地面景物元素,一台相机便可获取以往两台相机才能获取的景物信息,提高了单台相机的利用率,节省了载荷成本。但,功能强大就意味着研制难度加大,双通道给相机的总装过程带来了配准难题,团队研究决定为相机“定制”一台便携的专用配准仪,并为配准仪设计配套的监测测量工装。
有了这套全新的定制设备和测量工装,团队开始了所内首次双焦面配准工作。但实际配准操作过程远没有想象中顺利,配准过程对测试环境的稳定性要求极高,任何一点环境扰动或温度改变都会对亚像元级的对准过程造成干扰,都会导致数据无法判读。
这时团队哪还坐得住,他们先将相机转移到了专用测试气浮台,又在测试现场编制了数据对比小程序,钳工张明柱巧妙地在焦面框周围架设了三维监测千分表,“焦面拼接大拿”郭悦也被请到现场指导……连续半个月的钻研摸索,成功实现了四色、五色双通道焦面的亚像元配准,相机也因此开创了双通道设计和配准的先河,为其他型号的研发设计积累了宝贵经验。
该相机还是该所首个采用国产可见光多光谱探测器的载荷。这款国产四色多光谱探测器的研发和应用面临诸多挑战,其诞生过程着实不易。电学设计师魏志勇负责国产探测器电学指标的设计和把关,相机副主任设计师常君磊负责多谱带滤光片设计及探测器的封装。业内都知道,遥感探测器的研发生产是航天界的“高奢定制”,探测器芯片的光电性能、规格尺寸、封装结构、对准标识、滤光片定制和粘贴,每个细节都要经过精细设计和严格控制,丝毫差池都会对相机系统级参数产生直接影响。一枚小小的探测器,其光、机、电、热接口协调和沟通工作不亚于一台设备单机。由于涉及外协加工,出差成了家常便饭,仅仅一片滤光片的沟通和验收就跑了十多次。
但曾经的“摸着石头过河”却趟出了如今的宽阔大道,国产可见光多光谱探测器在该型号的推动下,经历了从无到有,从普通到卓越的大幅跨越。与此同时,研制中还诞生了众多与探测器相关的标准规范,比如探测器封装检验标准、滤光片设计标准、滤光片环境考核标准等,这些标准的制定标志着该所在探测器自主研发领域占据了一席之地。该相机团队开发的这款四色多光谱探测器在光电性能上表现优异,标志着该所乃至国内探测器发展质的飞跃,为后续型号国产探测器的研发应用打下了坚实基础。
严控细节,才能做到“可靠”
“嘀…嘀…”,面对紧张的任务节点,相机副主任设计师李庆林指导团队紧张地展开工作,现场安静而有序,偶尔发出几声测试声。同时担任着另一型号主任设计师的他,周全地安排两个型号的工作,装配、试验、测试都亲历亲为,各项流程、数据都熟记于心。他是团队的主心骨,遇到问题找他准没错,小到一个工装,大到一项测试,他都能自如应对,“庆林师傅就是对‘可靠’两个字的最佳诠释。”伙伴们都这么说。
电测是型号试验测试过程中的一项重要工作。魏志勇、王媛媛、杨沐是电测队伍的重要成员,测试现场总能看到他们三个人忙碌的身影。他们负责对相机各环节的遥测数据、图像数据进行正确性和一致性的判读,通过这些海量数据的对比分析时刻监测相机的健康状况。
王军向来以“严”著称,因此该相机的辐射定标成了众多型号里最严苛的。在最后一次辐射定标的数据判读中,细心的王媛媛发现了一个四色探测器响应曲线存在一段锯齿状的不规则响应区域。这个问题让团队每个人都绷紧了神经,因为交付日期临近,此阶段出现问题,在问题排查和解决上都要消耗大量时间,会给产品的按时交付带来极大风险。
但是大家担心之余又庆幸问题暴露在交付前,本着“品质第一”的标准,团队立刻展开问题排查。两天过去了,多种可能因素在排查后仍无头绪,第三天,在对镜头进行的光路目检中,魏志勇发现了四色探测器上有类似油污的区域,这块污染区域不大,在弱光下很难观察到,通过经纬仪放大观察,在响应有问题的四色探测器滤光片上果然有污染物附着。通过分析权衡,团队最终决定拆除四色焦面,清洁探测器表面,重新定焦、配准、定标。整个问题解决过程紧凑有序,仅用了一周时间,定标响应异常得到解决,相机按时交付。
“精准可靠、务实高效”。多年来,随着型号的研制难度越来越大,技术创新点越来越多,该相机团队始终保持着这样的工作作风。未来的征程中,这种作风必将助力他们创造更大辉煌。
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