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激光“布阵”助巡视器月面稳步自由行 |
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嫦娥三号激光点阵器研制攻关纪事 |
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（科学网 郑金武 杨艳报道） 激光点阵器位于嫦娥三号巡视器“腹部”，“身材”娇小的它还没有电视机顶盒大，但作用却不容小视――它利用激光在月球表面打出规定图样的光斑方阵，“搭档”的避障相机对光斑质量、强度进行采集和计算，计算的结果则成为巡视器前行的判断依据。如果把避障相机比作巡视器的“眼睛”，那么激光点阵器就是在一片漆黑中保证眼睛看清方向的明灯，直接决定巡视器能否走稳在月球上的每一步路。
“激光点阵器是508所研制的首台空间激光产品，也是我国首台在地外星球上使用的激光类产品”，508所空间激光探测专业总工程师郑永超介绍说，“38万公里外有我们的产品，不仅是508所的骄傲，更是中国人的骄傲，因为激光点阵器是中国拥有独立自主知识产品的产品，完全实现了国产化。”而除郑永超外，完成激光点阵器产品研制任务的团队成员，是清一色的80后。
半道儿接任务 最早交产品
激光点阵器是嫦娥三号制导、导航与控制分系统（以下简称GNC分系统）中最早交付的单机产品，但当初却是起步最晚的。
原来，激光点阵器本来是另外一家单位研制的，不料在技术攻关的过程中遭遇难题无法满足要求，工程进度受到影响。508所得知这一消息后，主动请缨，迅速与GNC分系统抓总单位502所联系，了解总体需求，提出了一份产品技术方案。待方案通过对方评审后，508所基于自身一项自主研发课题研究基础，利用不到四个月的时间拿出了样机，顺利通过了总体测评。由此，嫦娥三号激光点阵器的研制任务就在508所的“主动请缨”正式启动了。
郑永超介绍说，在嫦娥三号整器设计方案已定的情况下，激光点阵器的体积、重量、电路接口也就受到严格的限制，“我们只能在这个基础上进行再设计，既要保证航天产品一贯的高可靠，又要实现一种前所未有的月球行走方式。”
由于是单机产品，激光点阵器研制团队人员很少。作为国内激光领域的资深专家，郑永超是团队的智囊核心和强力“后墙”；1980年出生的博士张慧是主任设计师兼指挥，也是团队里的大姐，和她一起“白手起家”的副主任设计师王春辉今年27岁、2010年入所，他们俩就是全程负责研制的“主力军”了，其他几个成员则是参与某一环节的工作。从方案设计开始，在郑永超的指导下，这支80后小团队开始了摸着石头过河的艰难旅程。
从2010年10月接下任务，到2012年8月交付产品，他们依次完成了电性件、鉴定件和正样件的研制，过程中也遇到了一些拦路虎，但他们逐一拿下。说起走过的“曲折”，郑永超骄傲地说，“支撑团队走过来的是以国为重的责任和担当，我们在困难面前没有绕着走，而是选择了坚信脚下的路。”
三套方案让总体单位点头称赞
激光点阵器和避障相机是“捆绑”在一起发挥作用的――激光点阵器提供的光束方程，是避障相机制定巡视器行走策略的依据。也就是说，有了准确的光束方程，避障相机才能判断巡视器前面的月面是平地还是深坑。如何得出准确的光束方程？这就要进行光束指向标定工作。
然而，激光探测属于主动光学，激光点阵器打出的光束属于近红外谱段，肉眼不可见，这给光束指向标定的工作带来了不小的困难。508所在以往的遥感相机研制中也没有遇到过这种情况。张慧带着王春辉翻阅了大量国内的专利、机器人技术领域的成果，参考了美国阿波罗月球车的相关资料，还走访了多家知名高校咨询。
由于没有经验可以借鉴，508所研制团队制定了三套标定方案，分别采用大面阵器件、单目相机和双目相机进行标定。16条光束，每条光束要标定三个点，为了保证正确率，一条光线至少要标定三遍，加之三套方案需要不同的设备和不同的工装，工作量之大，不言而喻。在资源有限、人手有限的情况下，他们使出浑身解数，合理安排流程，协调试验资源。最终，三套方案做下来，结果相差无几，证明了光学标定结果的可信性，得到了分系统总体单位502所的充分肯定：“你们真是做了不少工作，拿到这么多数据，与避障相机联合试验的效果非常好。”
这几个80后都很给力
谈起团队，张慧说，“这几个80后都很给力”――交给王春辉独立完成的任务，不用督促就能完成得有模有样；电装组头一次接触光纤类产品，看到张慧一脸担心的样子，工艺师李佳宾拍着她的肩膀说：“放心吧，有我呢。”让人瞬间就感觉到背后团队强大的支撑力量。
这是八室岳鹏远第一次独立承接激光点阵器镜头装调任务，开始的时候他有点忐忑和为难。与以往装调的遥感器不同，激光点阵器的镜头很小，只有普通纽扣那么大，而且为了调整每束光线的指向角度，要在镜筒内安装绿豆大小的垫片，而为了清晰的观察肉眼不可见的光斑，还需要在黑暗中借助显像卡完成。为了鼓舞干劲，张慧、王春辉和岳鹏远约定“无论早晚，第一天只完成第一个镜头的装调，找到方法”，“如果完成得早，就提前‘放学’！”由于垫片面积不大，如何从整张的铜箔上剪下小垫片？为此，王春辉和岳鹏远还在装调现场开展了一场“手工”比赛，到底是装调专业出身，最后岳鹏远胜出。为了给“身材”娇小的激光点阵器装镜头，大个子的岳鹏远采用了多种姿势，跪着、蹲着。晚上10点，当第一个镜头的装调工作结束时，打开试验室的灯，岳鹏远一边揉揉发红的眼睛，捶捶酸麻的腿，一边心满意足地说：“刚才心里还真没底，装了一个以后路数摸清了，其他的放心吧。”最后还不忘腼腆的补了一句，“其实挺开心的。”
突如其来的掌声把我拍傻了
由于进度紧，所有的假期几乎都被工作“吃”掉了，张慧叹着气说：“我感觉头发都少了一半”，她停顿了一下，“但是也很开心，因为大家在一起经历着成长，认认真真把产品做好是我们心照不宣的共同目标。”
2011年9月30日，临近下班，很多同事已经准备回家过节了。此时，张慧和王春辉正抱着刚刚撤下标定台的激光点阵器，从中关村赶往南苑。他们风风火火进入大厅的时候，被一阵突如其来的掌声给拍愣住了。张慧定睛一看，有六室负责热控实施的、有热控室负责状态确认的、还有电装负责焊线的，满满一桌的人都在笑着鼓掌，桌子上整齐摊放着试验准备用的多层包覆、加热片，“这一下把我给拍傻了，后来想可能是因为我到的时间没有比他们预计的晚太多吧，哈哈。”没有太多的语言交流，大家紧张有序地忙碌起来，国庆节的凌晨1点，电装人员完成最后一道工序后，试验前的准备工作终于圆满结束，这意味着当天8点钟的热平衡试验可以如期开始。
12月15日1时20分，激光点阵器接到加电指令，测试状态正常，温度遥测正常，点阵图像通过避障相机回传地面，光斑亮度均匀，满足激光探测避障要求，完成了月面工作初始化，并将在后续“玉兔”巡月的激光探测模式中发挥重要作用。这支80后的年轻团队功不可没，而且他们其中的不少人都是第一次在型号任务中独当一面：第一次担任主任师和指挥的张慧，从结构专业出身发展为型号“全才”的王春辉，第一次独立并成功完成了激光类产品镜头装调的岳鹏远……这群充满激情又踏实肯干的80后在航天的舞台上成长着，成就着自己的青春。
