捕捉绝美风景，天舟四号首次使用两台舱外高清摄像机

互推小编 2023-06-22

今天凌晨，天舟四号货运飞船在文昌航天发射场成功发射，奔向中国空间站。在此次飞行任务中，中国航天科技集团八院电子所负责的高速通信处理器、舱内外高清摄像机等将持续发挥重要作用。

通信神器，助力太空互联网神话

“以太网通信”已经成为当前空间站天地通信、器间通信的主流通信方式，极大便利了航天员在轨工作环境。而以太网通信技术最早是在天舟货运飞船上进行首次验证的。中国航天科技集团八院电子所负责研制的高速通信处理器是货运飞船以太网通信的重要组成部分，被大家戏称为“通信神器”，集千兆网络、光纤通信、高速DSP处理技术、网关服务器、高清图像及话音等多项新技术于一身，是天地组网的中心枢纽。

天舟四号高速通信处理系统采用分布式网络交换架构，将音视频、数据处理综合业务集成于一平台，提高产品集成度同时大大降低研制成本。在网络协议层面，实现了接口标准化以及协议通用化的组网需求，具备对空间站天地互联网数据代传功能，为空间站对地互联网通信提供了另一条数据通道，别小看这项功能，它为空间站天地网络通信提供了又一份安全通信保障；具备天地互联网组播分发功能，在不增加通道带宽的情况下，使地面、空间站能同时收发视频、音频数据。

此外，在天地上下行网络通信容量方面，高速通信处理器具备灵活的适应能力，即使船上用户数量和数据流量有了较大的增加，高速通信处理器通过在数据汇聚和分类分发时进行流量控制，既保证了通道带宽的高效利用，又确保了在拥塞情况下数据的可靠传输。这就好比城市快速高架路的上匝道，多条马路的汽车汇聚到一条高架上，然后又分流到不同的车道上，所有汽车都有序通过，流转精准。绝不会出现道路瘫痪、大堵车的现象，也不会出现找错路口开错方向的问题。同时，数据传输的安全性关乎飞船任务成败，高速通信处理器在网络安全策略上有效解决了组网过程中非法用户接入等相关问题，相比地面网络通信更加可靠和安全。

“航天这条路很艰辛，需要攻关的新技术越来越多，我们不能墨守成规，要把创新技术可靠地运用到航天中去。”一直热衷新技术的中国航天科技集团八院“通信神器”团队负责人邓松峰说道：“为了实现这个梦想，就需要我们设计师脚踏实地去验证，去突破。”。正是有了这台“神器”，航天员在“太空家园”的生活将不再枯燥，有了它，天地的距离将更为亲近。航天员可以视频通话，也可以即时接入移动终端，还可以上网冲浪，听音乐看视频等等。他们也凭借这台“神器”获得了“科学技术进步奖”、“曾宪梓载人航天基金奖突出贡献奖”等多项荣誉。

高清摄像，首次开启高清时代

太空大片的唯美、天宫课堂的直播、航天员出舱等等这些都离不开电子所舱内外高清摄像机的实时监控。货运飞船是真正意义上首次舱内使用商用高清网络摄像机和舱外高清摄像机的航天飞行器。

由于空间环境的特殊性，力学振动和冲击导致结构散架、镜头离焦，以及空间辐射导致电子固件失效等问题，是商用摄像机上天必须要解决的难题。为了提升商用相机结构可靠性和强壮性，物理加固和减震是最直接且有效的解决方法。看似简单的策略实则充满陷阱，外形尺寸不能改变，选用的材料必须安全环保，从图纸设计到工艺实现再到车间生产，从内部电路板到外部镜头等光学组件，每个薄弱点都需要反复仿真论证和试验验证。历时一年半的力学振动和冲击试验摸底，商用摄像机的技术负责人叶盛俨然成为力学试验室的“老法师”。力学加固问题解决了，但商用相机的网络体制不能满足货运飞船通信网协议，需对内部固件协议实施更改。同时，其空间抗射能力也需要进行优化和充分的试验验证，这个过程经历了多轮近千小时的老炼试验，最终才能放心地将商用摄像机交付给货运飞船。正是叶盛带领的设计团队这种严谨的工程态度，确保了舱内商用摄像机在货运飞船运行时的可靠稳定，成为空间站工程像机商用之路“第一个吃螃蟹的人”。

货运飞船首次使用了两台舱外高清摄像机：太阳翼摄像机和交会对接摄像机。这两台高清摄像机采用全数字化、一体化设计，集图像采集、预处理、编码、网络传输功能于一体,具备高清、标清、照片三种编码模式，使产品可满足不同的信道条件及用户需求。太阳翼摄像机主要用于观察太阳翼帆板的展开和在轨运行情况，新闻直播中太阳翼帆板在美丽的蓝色星球背景下，大鹏展翅的壮丽景观，就是这个小小的高清摄像机呈现的绝美大片。交会对接摄像机安装在货运飞船交会对接面，可实时监测飞船和空间站交会对接过程，把空间站从远至近，直至对接机构锁定的过程，完整细致地展现给全世界。舱外高清摄像机的研制，同样要考虑空间应用的可靠性和强壮性。舱外的真空环境、空间辐照、极端的高低温和太阳光照亮暗变换，都需要设计团队考虑元器件、原材料选取、曝光算法构想和曝光参数调试、结构和软件的抗辐加固设计及验证等等诸多方面，每一项工作都要花费大量的时间和精力。从产品研制初开始，舱外高清摄像机的负责人沈剑锋带领团队便为充分验证摄像机的舱外可靠应用绞尽脑汁。不仅设计和开发了各种光学相机的装配、试验专用工装和设备，更是常年奔波于各类试验场地，逐项攻克和验证像机的每一个性能指标，在这种不畏辛劳的努力下，终于成功给货运飞船这条太空蛟龙点上了明亮的眼睛。

作者：史博臻刘甡刘艳丽

编辑：唐玮婕

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