航天航空領(lǐng)域?qū)Νh(huán)境感知、狀態(tài)監(jiān)測與精準導(dǎo)航的極致需求，推動著核心傳感技術(shù)不斷突破。從神舟二十一號的發(fā)射入軌到遙感衛(wèi)星的深空探測，各類飛行器需在強輻射、劇烈溫差、真空等極端環(huán)境中實現(xiàn)毫米級監(jiān)測與高精度控制。集成光傳感器憑借微型化設(shè)計、抗干擾性能與多參數(shù)感知能力，成為破解航天工程諸多技術(shù)難題的關(guān)鍵部件。它如同飛行器的 “感知神經(jīng)” 與 “導(dǎo)航慧眼”，既守護箭體結(jié)構(gòu)安全，又保障任務(wù)精準執(zhí)行，下面結(jié)合神舟二十一號等航天任務(wù)，解析其核心價值。

守護箭體結(jié)構(gòu)健康

神舟二十一號火箭箭體復(fù)合材料在發(fā)射時承受巨大推力，傳統(tǒng)電傳感器體積大、布線繁瑣，且易受電磁干擾，難以精準監(jiān)測內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變，可能遺漏結(jié)構(gòu)損傷隱患。集成光傳感器采用光纖光柵核心技術(shù)，直徑可縮至發(fā)絲級別，能直接植入復(fù)合材料內(nèi)部且不影響結(jié)構(gòu)強度。其通過光信號波長變化感知應(yīng)力，不受電磁干擾，還可實現(xiàn)多點同步監(jiān)測。這使得神舟二十一號箭體在發(fā)射過程中，八十余個集成光傳感器能實時傳回結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，精準捕捉微小形變，確保箭體在極端載荷下的安全穩(wěn)定，為入軌成功奠定基礎(chǔ)。

捕捉深空微弱信號

遙感衛(wèi)星與深空探測器需捕捉遙遠天體的紅外信號與光譜信息，傳統(tǒng)傳感器暗電流噪聲大，易淹沒微弱目標(biāo)信號，導(dǎo)致 “看不清” 目標(biāo)或 “分不清” 成分。集成光傳感器采用電子局域化操控技術(shù)，大幅降低暗電流水平，搭配光學(xué)微腔結(jié)構(gòu)的臨界耦合設(shè)計，可高效抑制背景輻射干擾。應(yīng)用于遙感三十七號衛(wèi)星的集成光傳感器，將長波紅外光譜通道數(shù)提升至數(shù)十個，能清晰分辨目標(biāo)物質(zhì)光譜 “指紋”。神舟二十一號搭載的對地觀測載荷中，此類傳感器同樣精準捕捉地表微弱光信號，為任務(wù)數(shù)據(jù)采集提供高保真原始信息。

適應(yīng)太空極端環(huán)境

太空強輻射與劇烈溫差會導(dǎo)致傳統(tǒng)傳感器性能漂移甚至失效，如神舟二十一號飛船在軌運行時，艙外設(shè)備需承受正負百攝氏度溫差與高能粒子轟擊。集成光傳感器通過特殊封裝工藝與材料優(yōu)化，構(gòu)建起抗輻照防護層，光纖光柵核心部件能在寬溫域內(nèi)保持穩(wěn)定輸出。其無金屬導(dǎo)線設(shè)計避免了輻照電離損傷，真空環(huán)境下也不會因氣體揮發(fā)影響性能。這使得飛船姿控系統(tǒng)中的集成光傳感器始終精準感知太陽方位，為姿態(tài)調(diào)整提供可靠數(shù)據(jù)，即便歷經(jīng)長期在軌運行，性能衰減仍控制在極小范圍。

實現(xiàn)微型化集成監(jiān)測

航天器載荷空間極為有限，如神舟二十一號的交會對接機構(gòu)需集成多種感知功能，傳統(tǒng)分立傳感器會占用過多空間，增加設(shè)備重量。集成光傳感器采用單片集成技術(shù)，將溫度、光照、距離等多維度感知功能整合于微小芯片，且通過光纖傳輸信號，大幅簡化布線。這種微型化設(shè)計讓對接機構(gòu)在有限空間內(nèi)實現(xiàn)距離測量、姿態(tài)感知與環(huán)境監(jiān)測多重功能，配合雷達組件完成毫米級精準對接。同時，其低功耗特性降低了航天器供電壓力，為長期在軌任務(wù)節(jié)省能源。

保障精準導(dǎo)航定位

航天器在深空飛行中需依賴星敏感器捕捉星光實現(xiàn)定位，傳統(tǒng)器件易受雜散光干擾，導(dǎo)致導(dǎo)航偏差。集成光傳感器采用多光譜濾波與焦平面陣列技術(shù)，能精準篩選目標(biāo)星光波段，抑制背景光干擾，還可快速識別恒星圖案。神舟二十一號在變軌過程中，星敏感器內(nèi)的集成光傳感器精準捕捉多顆導(dǎo)航恒星信號，結(jié)合雷達數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時定位修正，確保飛船按預(yù)定軌道飛行。即便遭遇空間雜散光干擾，仍能保持導(dǎo)航精度，為交會對接與返回艙落點控制提供核心支撐。

在航天航空領(lǐng)域，集成光傳感器以結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、弱信號探測、極端環(huán)境適應(yīng)、微型化集成與精準導(dǎo)航五大核心優(yōu)勢，成為神舟二十一號等重大航天任務(wù)的 “隱形守護者”。其從底層突破了傳統(tǒng)傳感技術(shù)的性能瓶頸，實現(xiàn)了感知精度與環(huán)境適應(yīng)性的雙重跨越。隨著航天事業(yè)向深空探測、載人登月等領(lǐng)域拓展，集成光傳感器將進一步優(yōu)化抗輻照能力與多參數(shù)融合感知技術(shù)，持續(xù)為飛行器裝上更敏銳的 “感知神經(jīng)”，助力中國航天在星辰大海的征途上邁出更堅實的步伐。

審核編輯 黃宇