哈工大技術助力“天和”避險

2021年6月17日9時22分，搭載神舟十二號載人飛船的長征二號F遙十二運載火箭在酒泉衞星發射中心成功發射；18時48分，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波先後進入天和核心艙，標誌着天和核心艙正式開始載人飛行。

空間站天和核心艙是我國目前研製的最大航天器，計劃在軌運行時間長達15年，遭受空間碎片撞擊（速度高達每秒數千米）的概率相對較高，運行安全受到威脅。哈爾濱工業大學航天學院龐寶君教授團隊開發的空間碎片撞擊在軌感知技術可在艙體遭到空間碎片撞擊時，為航天員和地面控制人員及時採取應對措施提供依據，保護航天員安全。

天和核心艙除了採取主動規避與被動防護等措施，中國航天科技集團五院總體設計部作為總體單位，聯合哈爾濱工業大學和航天五院513所，還在結構健康監測子系統中為其量身打造了空間碎片撞擊監測模塊。該模塊基於數據驅動的傳感器網絡，能夠對撞擊事件進行即時感知、判別並定位，龐寶君教授團隊負責開發的算法在模塊中得到應用。

為了完成天和核心艙結構健康監測子系統研製任務，哈爾濱工業大學與航天五院總體設計部、513所通力協作、聯合攻關。學校研究團隊歷時7年，進行了百餘次小尺寸試件及近兩百次大尺寸艙壁結構件超高速撞擊試驗，開發並優化感知識別算法，確定感知識別關鍵參數。團隊成員多次往返航天院所和各試驗基地，開展各階段艙體結構撞擊定位算法開發及驗證試驗，獲得數萬組數據，完成了樣本庫建立及定位算法優化，突破了大型複雜幾何體結構撞擊的快速定位、多艙段組合體模糊區域撞擊的判別、複雜艙壁結構中撞擊聲發射信號的參數識別等關鍵技術，最終成功實現空間碎片撞擊在軌感知技術的工程應用。該技術還將應用於空間站問天、夢天實驗艙。

據悉，龐寶君教授帶領的空間碎片高速撞擊研究中心早在2004年就在國內率先提出並開展基於聲發射的空間碎片撞擊在軌感知技術研究。團隊圍繞超高速撞擊判別、定位及結構損傷識別，建立了超高速撞擊等效力源模型，解決了超高速撞擊聲發射信號的產生機制、傳播特性、異型結構處的模態轉換和散射等基礎科學問題，突破了空間噪聲環境下超高速撞擊信號特徵提取和識別、碎片雲多點源撞擊精確定位、碎片雲撞擊點蝕損傷可視化診斷等關鍵技術，開發了對複雜結構、複合材料撞擊具有一定普適性的雙自動閾值到達時刻獲取、虛擬波陣面定位和快速區域定位、損傷模式人工智能識別等方法。通過技術集成，團隊研製了空間碎片撞擊在軌感知系統原理樣機，為本次在天和核心艙上的工程應用奠定了技術基礎。

（本報記者 張士英）