微振动传感器让星际传播“不脱靶”

2018-12-03 08:46

记者从天津大学获悉，该校李醒飞教授团队将磁流体动力学应用于微角振动传感中，通过高带宽、低噪声的微角振动信号拾取和反馈控制，结合惯性稳定平台技术，在解决长距离激光束稳定捕获、跟踪和瞄准方面取得突破，突破了国外对亚微弧度角振动测量关键技术的封锁，填补了国内空间微角振动在轨测量技术空白。日前，该团队研发的MHD微角振动传感器正式成为中国空间技术研究院核心器件空间飞行验证试验项目。

电影《星球大战》里，炫目的激光让观众惊叹不已。但在现实世界里，各种肉眼不可分辨的角振动源直接干扰着激光的瞄准与追踪。虽然这些振动源的幅度大都在亚微弧度以下，却足以使地月间一束激光脱离飞镖靶面积大小范围，正所谓差之毫厘，谬以千里。

普通人对于角度的认识，是用度来衡量的。但在更微观的世界里，1度等于60角分，即3600角秒。微弧度大约是0.2角秒，而亚微弧度则比微弧度更小。空间结构微角振动是指卫星等航天器和它所搭载设备这些有效载荷的敏感轴10微弧度到10-2微弧度量级的角位移宽带高频振动。这个振动一般是由航天器本体及其相关载荷等的运动或扰动所引起的。微振动力学环境效应幅值小、频率高，对大部分航天器不会产生明显影响。然而，高分辨率对地观测遥感卫星、深空探测遥感航天器、深空激光通信卫星等高精度航天器对姿态控制的精度和稳定性要求更高，这种微振动力学环境效应将严重影响高精度航天器本体及有效载荷的指向精度和姿态稳定度。

磁流体动力学微角振动传感器兼具低噪声、大带宽、体积小、重量轻、寿命长、抗冲击等特性，较其他现有姿态敏感器更适合于空间微振动测量，是未来实现深空激光通信等前沿技术的关键敏感元件，发达国家也一直对我国进行技术封锁。

李醒飞教授团队面向航天器在轨空间运动精密传感与控制的国家重大需求，设计了基于磁流体动力学的微角振动传感器，掌握了基于磁流体动力学传感的宽频惯性稳定平台的设计方法，自主开发了一套包括设计仿真、加工制造、测试检验的设备，为高精度航天器振动建模提供有力的测量数据保证，突破了国外对在轨航天器亚微弧度角振动测量与控制等相关关键技术封锁，让我国的传感元件噪声与带宽指标基本达到国际先进水平，也为未来我国开展深空激光通信、定向能武器和大尺度空间激光应用等科学领域奠定传感和控制基础。