(来源:新华日报)
□ 本报记者 张晓蕊 李先昭
航天探测领域存在一个难题:作为飞船“眼睛”的航天相机,在太空服役中能撑多久?辐照损伤何时会突破安全阈值?过去这个问题往往只能靠“猜”,而无法“测”。近日,这一难题迎来突破性解决方案。记者日前从扬州大学获悉,该校师生团队研发的“宽量程多路实时光电器件辐射效应测试系统”项目,正式通过中国科学院专家组验收。
“这是个专门给航天相机核心感光元件——电荷耦合器件(CCD)做‘全身体检’的智能系统。”扬州大学军工办主任薛玉雄教授向记者介绍,CCD是相机里的“视网膜”,把光转成电信号,再变成图像。但太空中的高能粒子像看不见的“沙子”不断撞击这块“视网膜”,每撞一次就可能损坏几个像素点,日积月累,图像就会出现白点、条纹,甚至使相机彻底“失明”。
薛玉雄告诉记者,这种损伤是不可逆的,而且科学家也无法在太空中更换CCD。所以,科学家们一直在问:飞船的“眼睛”上天前能不能先做“体检”?上天后能不能预判它何时“眼花”?这正是扬州大学这套刚刚通过验收的测试系统所解决的问题。
说起来,扬州大学这支科研团队深耕该领域多年——他们长期聚焦光电探测器件的空间环境适应性研究,先后承担国家自然科学基金重点项目等40余项国家级课题,形成了一套扎实的理论模型和翔实的实验数据。正是基于多年的积累,他们最终自主研发出这套测试系统,把曾经靠猜的“相机寿命预测”难题,变成靠数据说话的科学回答。
记者了解到,薛玉雄团队从实际困难出发,设计了一种“通用型”驱动方案。“简单说,就是做一块通用电路板,可适配多种型号的CCD。过去,每测试一种新型号CCD,科研人员就要重新设计一套驱动电路,就像一把钥匙开一把锁,既耗时又费力。现在,有了这块电路板,无论哪种型号的CCD,只需在系统中切换对应的‘参数表’,电路板自动匹配其时序要求,无需更换任何硬件就能测出结果。”薛玉雄说。
除了硬件,该团队还自主研发了配套软件。他们巧妙地用一个“参数表”来切换不同模式,高效生成各种精确的时钟脉冲。实验中,电脑一边接收大量图像数据,一边实时计算出暗电流、噪声等参数,并画出变化曲线。这样一来,研究人员可以随时了解飞船“眼睛”的“健康状态”。
从实验室设计电路板到真正上天应用,还需要很长的“实战”验证之路。
2025年12月,经过该系统测评后的CCD电路板搭载国内首家民营太空飞船公司紫微宇通科技的“迪迩五号”货运飞船(B300-L)成功入轨。在严苛的高能辐照环境里,CCD始终稳定工作,一次次精确完成任务。此后,该团队持续改进测试系统。项目主要研发人员王梓涵说:“我们不仅要让相机看得见,更要让它在太空中看得久、看得清楚。”
王梓涵告诉记者,目前他们还面临着高低温与辐射叠加工况测试精度不足等难题。团队下一步将重点开发更多型号CCD一键适配程序,增设温控联动模块模拟太空复合环境,优化温度补偿降噪算法,提升复杂工况下暗电流、热像素的检测精度。
这个暑假,王梓涵和几名研究生同学组成社会实践小分队,去相关企业走访调研。一边调研工程一线对CCD检测的实际需求,一边收集不同型号器件在真实辐照环境下的失效数据。回到实验室后,他们在导师薛玉雄教授指导下,把调研中发现的“适配繁琐”“复合工况测试不准”等痛点逐一拆解、反复验证,最终明确了这套测试系统的下一步升级方向。
探索浩瀚宇宙的征程,始于实验室里成千上万次调试和艰苦攻关。扬州大学这支青年科研团队,常年扎根实验室,在日复一日的细致打磨中,为中国航天设备可靠奔赴星辰大海筑牢技术保障根基,沉淀下实打实的精度与底气。