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研制成功|西安科研人员研制成功世界首台Ka频段交会对接微波雷达

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西安新闻网讯 在距离地球38万公里外的月球轨道 ， 两个飞行器进行交会对接 ， 这对于普通人来说是难以想象的事情 。 在航天系统工程思路的指引下 ， 航天人将这种不可能变成了可能 。 然而进行两个飞行器的交会对接仅仅是嫦娥五号探测器探月任务中的一个环节 。 该系统工程复杂程度之高、技术难度之大可想而知 。
西安分院交会对接微波雷达研制团队就是嫦娥五号探测器这项系统工程队伍中的一支重要力量 。 在探月三期任务立项之初 ， 西安分院承担了月球轨道交会对接关键技术——交会对接微波雷达的预研攻关任务 。
嫦娥五号交会对接微波雷达是轨道器和上升器之间交会对接用的测量敏感器 ， 为交会对接的制导、导航与控制系统（GNC分系统）提供两个飞行器之间的相对距离、速度、角度等信息 ， 并具备两器间双向通信功能 ， 是交会对接的关键测量手段 。
2011年开始 ， 西安分院交会对接微波雷达研制团队历时一年完成了原理样机研制任务 ， 提出了交会对接的微波测量与通信系统及方法 ， 并在竞争中取得了嫦娥五号交会对接微波雷达的研制任务 。
2012年 ， 西安分院完成了工程样机的研制任务 ， 并确定了关键的技术路径和指标 。 2013年 ， 西安分院正式开始交会对接微波雷达初样产品的研制 ， 2016年6月完成了两套正样交会对接微波雷达的研制任务 。
在这样一串串看似有条不紊、略显平淡的年份记录里 ， 有着西安分院交会对接微波雷达团队对技术指标的严苛追求和在一次次试验过程中对于工程实现的完美求助力证 。
不简单：“豪配”与多专业的技术协作
从嫦娥五号探测器的角度来说 ， 交会对接微波雷达仅仅是一台单独的产品 ， 但是这台产品涵盖了包括四代Ka频段接收机等在内的近10台复杂单机产品 。 这套系统级的雷达产品涵盖了测距、测速、测角、通信四项功能 。 可以说交会对接微波雷达是一台“豪配”级的单机 。
据西安分院该雷达研制负责人钟兴旺表示 ， 在交会对接微波雷达的研制过程中 ， 正是因为有各专业的人员在研制过程中的紧密配合和协调 ， 才保证了任务的顺利进行 。 导航研制团队发挥星间精密测量技术领域优势 ， 在测量通信体制设计方面取得关键技术突破 。 由于测距和测角的精度比较高 ， 天线研制团队充分发挥精确测量的优势为天线的标定发挥了重要的作用 ， 并且根据雷达工作的环境开展了月尘环境的试验 。 团队将伺服控制和信号处理功能整合设计在一起 ， 大大地提高了产品的集成化程度 ， 充分体现了合作共赢的团队精神 。
不容易：实现100公里到0.2米通信
【研制成功|西安科研人员研制成功世界首台Ka频段交会对接微波雷达】要在38万公里外的月球轨道实现交会对接 ， 就要充分考虑该雷达工作的月球轨道环境 ， 为确保产品本身万无一失 ， 西安分院在地面进行了充分的试验验证 。
按照任务要求 ， 交会对接微波雷达需要在100公里到0.2米的范围内实现对接通信 ， 项目组为此设计了微波雷达近距离无线对接通信暗室试验 。 在试验过程中 ， 为了在地面模拟对接过程 ， 西安分院专门建设了精密水平运动系统 ， 并基于此设备形成了一套完整的系统测试验证方案 。 在试验过程中 ， 研制人员采用了微波雷达全套正样产品 ， 在模拟两器相对运动的状态下 ， 以无线通信的方式验证了雷达系统的工作性能 ， 对整个微波雷达系统的功能和控制流程进行了完整全面的测试验证 。
交会对接微波雷达作为一种高精度的测量设备 ， 在交付使用前 ， 要经过精确的校准才可以保证其测量精度 。 在微波暗室环境下 ， 借助更高精度的辅助设备对微波雷达的测距、测角系统误差进行精确的标定和校准是整个交会对接微波雷达系统研制过程中非常重要且具有挑战性的一个环节 。
为了使校准后的雷达测角精度满足任务要求 ， 需要借助一个更高精度的测量仪器将雷达的系统误差精确标定出来 。 为此 ， 西安分院研制团队在多次标定方案优化的基础上 ， 经过反复的场地和坐标系转换参数标定实测 ， 最终找到了一套效果优良、效率极高的组合标定手段和一套细致可行的标定流程 。
不畏难：10年坚守与凌晨3点的校飞
2014年5月24日 ， 嫦娥五号交会对接微波雷达外场挂飞试验在机场进行 。 由于任务的协调 ， 挂飞试验定在早晨的七点 。 凌晨3点 ， 挂飞试验队员准时醒来 ， 简单地洗把脸 ， 将设备搬运装车向机场出发 。 经过一个小时的车程赶到了机场 。 在机库内 ， 借着灯光检查微波雷达应答机和应答机天线……当一切就绪后 ， 天已放亮 ， 试验队员配合地勤人员一道将飞机推入跑道 ， 等待着指挥台的起飞命令 。
下午三点 ， 守候在捕获、跟踪现场的试验队员得到起飞消息 ， 早早地就将一切准备就绪 ， 只等着实时信号的出现 。 随后 ， 目标信号准时出现在监视器上 ， 微波雷达上下俯仰的转动 ， 执着地跟踪着目标 。 这些让现场的测试人员早已忘记了他们头顶烈日 ， 兴奋地讨论交流着测试数据 。 “三年不飞 ， 一飞冲天” 。 这意味着嫦娥五号交会对接微波雷达的外场挂飞试验圆满成功 ， 充分地验证了交会对接微波雷达的工作性能 。
从2010年开始方案论证到2020年嫦娥五号探测器成功发射并实现交会对接 ， 西安分院嫦娥五号交会对接微波雷达研制经历了10年的时间 。 该团队研制的交会对接微波雷达是国际上第一台Ka频段交会对接微波雷达 。 在产品研制过程中 ， 由于要适应月球轨道的工作环境 ， 很多已经成熟的设计和测试经验并不能直接使用 。
以交会对接微波雷达上使用的滤波器为例 ， 以前都是在卫星舱内使用 ， 而交会对接雷达的滤波器需要放在舱外使用 ， 产品要在温度±100度的环境中工作 。 如果将产品按照以前的模式进行研制 ， 产品在低温时候的工作效率会大大降低 。 同时 ， 从产品的固定和安装上来看 ， 在之前的设计中产品都是通过螺钉装配 ， 并固定在卫星舱内的 ， 但是由于温度的原因 ， 原有的装配方式就不能继续使用 。 对于在月球轨道舱外工作的主机及天线 ， 要实现不小于110℃温度范围内达到测角和测距精度的要求 。 从这些细微问题上就能看出在产品设计过程中需要全方位地详细考虑 。
如今 ， 嫦娥五号交会对接微波雷达已经成功完成了交会对接任务 。 作为嫦娥五号任务中的重要环节 ， 交会对接微波雷达为我国探月三期工程中的返回发挥重要的作用 ， 而西安分院交会对接微波雷达研制团队也以十年的坚守 ， 以勇于探索的创新精神 ， 为嫦娥五号探测器的交会对接贡献重要力量 。
西安报业全媒体采访人员 关颖

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