衛(wèi)星的天線陣面是捕獲地面信息的一張“大網”，如同眼睛觀察世界。數(shù)十米之大的“巨網”哪怕有一點小變形，衛(wèi)星就會“散光”而難以捕獲高清信號。高精度變形測量困難而復雜，卻是事關航天發(fā)展的關鍵一環(huán)。
在國家自然科學基金與國家重點研發(fā)計劃等項目的支持下，上海交通大學力學國家級實驗教學示范中心主任陳巨兵教授團隊聯(lián)合上海衛(wèi)星工程研究所與上海衛(wèi)星裝備研究所，經過數(shù)十年的科技攻關取得了重要突破，形成了衛(wèi)星大型天線陣面全場高精度測量與控制技術，并自主研發(fā)了成套裝備，成功解決了大尺寸、高精度變形測量難題，獲得2024上海市科技進步獎一等獎。
天線陣面的面型不僅受生產、裝配影響，外太空的熱效應也容易使之變形。測量出天線陣面變形前后的三維形貌就能給衛(wèi)星“驗光”。但是面積大、結構復雜，傳統(tǒng)測量手段精度受限。為此，陳巨兵教授團隊提出了投影云紋方法這一全場光學測量手段——投影設備向被測表面投射特殊編碼的圖案，變形表面呈現(xiàn)圖案的變化由接受端的光柵“捉住”，這些圖像數(shù)據(jù)經過分析和反演，被測表面的三維形貌便無所遁形。
原理通了，應用還要適應真實環(huán)境。于是團隊自主研發(fā)了任意角度布置下的投影云紋方法與掃描投影云紋方法，提出了自適應投影云紋方法，首創(chuàng)了虛擬云紋方法，實現(xiàn)了對大面積表面的全場三維形貌測量、任意三維形貌表面的規(guī)則云紋生成，顯著提升了全場范圍下的測量分辨率與精度，解決了超大范圍測量中的高精度系統(tǒng)標定難題。
衛(wèi)星在軌運行時，會不斷經歷±150 ℃的極端冷熱環(huán)境，反復熱脹冷縮陣面究竟如何變形？為解開這一謎題，項目團隊開發(fā)了地面模擬實驗裝置，研發(fā)了包含自標定技術的投影云紋系統(tǒng)，形成了兼具環(huán)境模擬與變形測量的成套設備，為大型天線陣面系統(tǒng)的面型與在軌模擬變形測量提供了核心的技術與裝備支撐。
在“極大”之視野中探尋“極微”之變化，用云紋之“形”解析衛(wèi)星之“實”。項目形成的核心技術，在 3米×10米測量范圍內全場測量分辨力可達 30微米，精度優(yōu)于 0.5%，多項技術指標達到國際領先，滿足我國現(xiàn)役最大固面天線的高精度測量需求。
十年磨一劍的堅守，讓衛(wèi)星“視力”系統(tǒng)實現(xiàn)了質的飛躍，讓我國衛(wèi)星 “看得更清、定位更準”，更為全球航天事業(yè)的進步貢獻了 “中國智慧”。項目成果已支撐了 3 型 13 顆星的研制和在軌運行，正在服務 3 型十余顆星的研制工作，涵蓋了新一代氣象衛(wèi)星、高分系列和遙感系列等重點型號衛(wèi)星，并在全球首顆靜止軌道微波探測衛(wèi)星的研制中起到了關鍵作用，具有顯著的社會與經濟效益。
在氣象衛(wèi)星領域，核心成果助力風云系列衛(wèi)星的空間分辨率提升了 2 倍以上，使其探測水平達到國際領先；在遙感衛(wèi)星領域，核心成果為高分系列衛(wèi)星的研制及服役貢獻了重要力量，顯著提升了自然資源管理效率和防災減災能力，服務國家科技重大專項。
審稿人：中國航天科技集團商業(yè)衛(wèi)星有限公司 周徐斌
欄目編輯：郜陽 圖片來源：上海交大
來源：作者：新民晚報 易蓉</p>