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小天体着陆自主导航与控制获得新进展

发布时间:2019-10-07 浏览次数:

  小天体探测是各航天大国近年来争相开展的太空活动之一。目前,美国航天局的奥西里斯-REx任务与日本航天局的隼鸟2号任务正在如火如荼地进行,我国也计划在不久的将来对小天体开展一系列探测活动。

  近日,北京理工大学教授崔平远团队在国际宇航领域排名第一的期刊《航空航天科学进展》发表论文,结合当前新兴智能技术以及未来任务不断提高的精度要求,对小天体着陆技术在自主性和安全性方面的发展方向进行预测。“史上最帅太医”张晓龙:追忆宋庆龄文章旨在为小天体不确知环境、复杂非线性动力学模型以及下降过程出现紧急状况等亟待解决的工程问题提供解决思路,为下一步科学研究提供方向。

  小天体探测的目标包括太阳系内的小行星与彗星,探测任务类型主要有飞越、环绕、撞击、着陆与采样返回。其中,着陆任务是开展小天体原位探测、采集分析小天体内部成分不可或缺的前提条件。然而与月球、火星相比,小天体体积小、质量分布不均、引力场弱、自旋状态复杂且形貌崎岖不确知,为探测器安全精确着陆带来了巨大挑战。

  经过多年的不懈努力以及在实际任务中的成功应用,该领域目前已取得较大进展。在论文中,崔平远团队结合国家未来航天任务需求与“深空973”项目取得的研究成果,对已有小天体着陆与采样返回任务进行了分类,归纳总结了着陆任务与采样返回任务对导航控制精度、着陆误差的要求,以及为了实现任务指标具体采用的导航敏感器、状态估计算法、制导控制方法与相应执行机构。

  同时,文章围绕小天体任务目标天体先验信息匮乏、动力学环境复杂以及与地面存在严重时延三个技术难题,分别从未知环境下的自主导航技术、复杂动力学下的制导控制技术、紧急情况下的安全策略三方面对国内外的技术研究进行了对比与分析,并重点介绍了可观测度优化、安全因子着陆点选取、基于碰撞概率的障碍规避、轨迹曲率制导等新概念新方法的原理及这些方法在提高任务安全性上的优势。对相关从业人员快速全面了解当前小天体着陆技术发展趋势具有指导意义。

  崔平远表示,未来小天体探测任务还应从自主学习更新环境参数、建立精确系统模型、提高星上决策能力、搭建高性能着陆平台等方面入手,开展进一步的研究与技术攻关,以实现更智能更高效的深空探测目标。

  “先进的自主导航、制导与控制技术可将探测器送往更远的星辰大海,拓展人类能够触及的太空疆域范围,帮助人类更好地认清自我、了解宇宙演化历程、寻访地外生命。”崔平远说。

  论文第一作者为北京理工大学博士研究生葛丹桐,该文章是2017年以来团队在《航空航天科学进展》期刊发表的第二篇综述论文。