為巨龍天宮一號“點睛”

張晴

2011年11月3日凌晨，我國巨龍天宮一號實現與神舟八號飛船的對接任務；2012年6月18日14時14分與神舟九號對接成功；2013年6月13日13時18分，又與神舟十號成功對接。可以說，天宮一號與神舟飛船的對接，標志著中國已經擁有建立空間站和利用空間資源的關鍵技術。中國古有“嫦娥奔月”的神話傳說，也有毛澤東“可上九天攬月”的暢想，如今總算在我們的時代獲得了實質性的突破和成功。

天宮一號的發射和對接，承載著幾代人的夢想，凝聚著無數科學家的汗水。這里我們要介紹的是在天宮一號與神舟八號、神舟九號、神舟十號運輸飛船的交會對接過程中，參與完成了“CCD光學成像敏感器”的研制工作的功臣李金宗教授。正是他為天宮一號這條巨龍，奉上了“點睛”之筆，使它在太空騰飛和遨游中完成對接。

勇于挑戰 給天宮一號一雙“慧眼”

李金宗，教授、博士生導師，享受政府特殊津貼，已完成國家計劃項目、“863項目”、創新基金項目和院所合作項目等30余項，并曾榮獲航天部預先研究先進工作者、國家高技術863-409主題研究先進工作者榮譽稱號。

而最讓李金宗引以為豪的，是他作為項目負責人完成交會對接CCD光學成像敏感器目標標志器及相機濾光片的研制，成功地用于“天宮一號”與“神舟八號”等運輸飛船的近距離觀測引導設備，完成在軌交會對接任務。

這是一個極具挑戰的項目。天宮一號在太空中以第一宇宙速度（7.9公里/秒）繞地飛行，自身重量達8.5噸，還需要在強陽光、強輻射和復雜外熱流等惡劣的太空環境中達到穩定性高、可靠性強的工作狀態實現對接，這是非常困難的。要解決這個問題，必須為他們安置一雙精確制導的“慧眼”。李金宗教授帶領的團隊就是要研制交會對接精確制導環路中的引導設備——“天宮”的十二臺目標標志器和適配的“神舟”相機濾光片。

在交會對接的近距離段，目標標志器和相機濾光片兩者協調工作，即使在強陽光、強輻照和復雜外熱流等惡劣環境中，也能消除干擾，排障點睛，實現引導功能。這是事關交會對接成功與否的一項關鍵技術。交會對接過程的遙測數據和實際效果表明，李金宗教授團隊設計和研制的系統在交會對接的整個過程中都處于設計范圍的最佳狀態，出色地完成了引導功能。李金宗教授帶領的團隊也因此榮獲“中國載人航天工程突出貢獻集體”榮譽稱號，是全國高等院校中唯一獲得該項榮譽的單位。

科學精神 給團隊點亮一盞明燈

實際上，為了那一刻的對接，李金宗教授帶領哈工大圖象信息技術與工程研究所的科研人員，進行了長達5年的攻關。五年中，李金宗體會到，要完成這樣一項艱巨的任務，知識和能力固然重要，但是科學精神同樣不可或缺。而李金宗用他的精神，感染著每一個人，成為團隊前進的一盞明燈。

首先是創新精神。李金宗知道在這樣一個前沿、高端的科研項目中，沒有太多的經驗可循，唯有創新才有出路。他常說：“科學研究既要有前沿性，更要有前瞻性”，鼓勵團隊突破創新。事實上，得益于前期預研的創新成果，當面臨交會對接觀測設備的競標任務時，這個團隊已經完成4項成像精確制導和2項近距離交會對接的部級鑒定項目，并且出版了《空間交會對接技術》、《模式識別導論》等專著，從眾多競標者中脫穎而出。同樣因為創新，他們將項目做到了國際領先水平。

其次是拼搏精神。李金宗介紹說，因為太空環境中光線強度、溫差等條件變化巨大，為了測試系統在不同條件下的抗干擾能力，團隊成員頂著酷暑，在地面溫度近50℃的外場進行試驗，從安裝調試到獲取數據，一干就是幾個小時。很多隊員的皮膚被日光灼傷，膠鞋與地面黏在一起。低溫環境穩定性測試過程中，他們在滴水成冰的哈爾濱寒冬深夜對設備持續進行5小時以上的試驗，團隊成員與鋼鐵制造的設備一起經受嚴寒的考驗。就是在這樣的條件下，有人被凍感冒，有人耳朵被凍傷，但是沒有一個人退縮。

此外，李金宗和他的團隊還表現出無私奉獻的敬業精神，以及勇于嘗試和敢于擔當的責任意識。一方面，放下包袱敢于拼搏，另一方面，面對錯誤勇于擔當和改過。精神照亮科研，汗水換來收獲。李金宗教授帶領的團隊設計和主持研制的CCD光學成像敏感器關鍵設備經受住實踐的檢驗，獲得了成功，同時獲得了5項國家專利。

技術創新 助力中國航天新時代

空間交會對接技術起始于上個世紀60年代，美國、俄羅斯、日本、歐空局和中國已經實現了空間飛行器的交會對接，而實現載人和人控交會對接的只有美國、俄羅斯和中國。目前，國際上的同類技術均采用逆向反射器構成的被動的合作目標，而未采用主動光源的合作目標。李金宗領導研發的CCD光學成像敏感器的合作目標設計了具有主動光源的目標標志器，標志著中國在空間交會對接技術上，打破了美、日、歐三足鼎立的格局，有了屬于中國的自主創新技術，為中國建立空間站鋪平了道路。

2012年12月24日，經專家評審鑒定，充分肯定了該項目在應用于“天宮一號”與神舟飛船交會對接上所取得的成績，同時總結了其技術創新點：首先，在標志器方案的選擇上，突破了目前國際上同類方案均采用被動反射器方案的現狀，而設計和研制了主動標志的新方案，建立了相機濾光片與主動標志器適配模式，解決了交會對接過程中強干擾（包括陽光和激光雷達）等技術難題。其次，首次將塑封發光二極管成功地用于空間飛行器在軌艙外操作的航天設備，作為“天宮”目標標志器的發光器件，在軌壽命長達16年以上，而遠場波束的能量集中度由原來的50%左右提高到89%以上；首次將光纖面板成功地用于空間飛行器在軌艙外操作的航天設備，構成勻光器，完成點/面光源的轉換，并且使其具有抗輻照性能，且具有高均勻性和高對稱性的特征，消除了成像“花瓣”和“鬼影”，提高了識別與測量的精度。最后，解決了高截止深度窄帶濾光片的可靠性和穩定性，通過斜入射補償設計解決了角度效應問題，同時實現了一組涵蓋通帶透過率（大于95%）、止帶截止深度（小于0.06%）、窄通帶且接近矩形等高性能光學濾波參數，在陽光斜入射時，能大大縮小陽光在像平面內的干涉區域，大大減小能分辨標志器像斑的陽光最小入射角，并且使其能與目標標志器在強陽光、強輻照和復雜外熱流環境中保持最佳匹配。專家們一致認為，該項目科學技術先進，研制難度大，發明創新性強，具有多項知識產權，填補了國內空白，在目標標志器和濾光片技術領域，屬國際領先水平。

天宮一號與神舟飛船的交會對接，意味著中國航天邁上一個新的高度，進入一個嶄新的時代。李金宗和他的團隊，為了這一個時代的降臨付出精力和汗水，永遠值得我們銘記。他們的科學精神和創新能力，為我國航空人乃至整個科學界樹立了光輝的榜樣。