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月背“软着陆”怎样精准避障?嫦娥四号工程这七大细节不可不知

发布日期:2021-10-22 21:44   来源:未知   

  2019年1月11日,探月工程嫦娥四号任务取得了圆满成功,在人类历史上首次实现航天器在月球背面软着陆和巡视探测,首次实现了地球与月球背面的测控通信,也为

  在月球背面地形崎岖的情况下,嫦娥四号如何实现精准规避障碍着陆?嫦娥四号探测器究竟装了多少台相机,如何自拍成像?着陆过程中出现的一百米“悬停”究竟是怎么回事?在1月14日国新办举行的探月工程嫦娥四号任务有关情况新闻发布会上,业界人士回答了这些疑问。

  月球背面地形十分崎岖和复杂,无疑给着陆器带来了不少困难。嫦娥四号任务探测器总设计师孙泽洲介绍,在月球背面“软着陆”实现地月的通信中继是必要条件,但月球背面的复杂地形对于着陆和巡视也是巨大的挑战。

  “要实现安全‘软着陆’,一是高精度‘软着陆’,只有提高着陆精度,才可能在比较崎岖的地区里找到相对安全的着陆区。”孙泽洲说,实现高精度的“软着陆”,首先通过精细化轨道设计和轨道调整策略,以及地面精确的测定轨,确保动力下降初始点的位置精度满足要求;另外,在下降过程中通过自身导航精度及制导精度提高,从而实现450公里航程上的精确控制。

  “从目前嫦娥四号着陆效果看,应该说是非常好的,实现了预期的着陆精度。”孙泽洲说。

  在地形复杂情况下,除高精度外,还要高可靠。孙泽洲说,一方面,地形十分崎岖,在450公里航迹上地形起伏剧烈,在动力下降策略上,做了与嫦娥三号不一样的改变,以回避地形起伏对于着陆安全的影响;另一方面,在着陆过程中自主进行避障,在着陆区里选择最安全的点作为着陆点。

  嫦娥四号着陆器监视相机C拍摄的“玉兔二号”巡视器走上月面影像图(图片来源国家航天局官网)

  在孙泽洲看来,当时主要从两方面解决问题:一是,精细化的规划,通过对巡视器感知的图像进行精确的地面恢复,制定更为合理的行走路线,力争找到相对安全的区域作为行走的路线;二是充分发挥巡视器的能力,在行走中能够自主进行避障,自主进行新的路径规划。

  “另外,巡视器对于跃障和爬坡应该有较强的适应能力。在目前掌握的着陆区周围地形来看,还没有不能逾越的障碍。”孙泽洲说。

  嫦娥四号在着陆过程中,在一百米处进行一次“悬停”,然后才进行了精确避障。对此,孙泽洲表示,从目前遥测信息看,着陆过程中导航遥测信息以及通过着陆后的降落相机图像判别,在这个过程中大概是朝西南方向避障了8米左右。

  “实际上我们当时不知道,是探测器自主完成的,因为整个传输有时延,所以是着陆后通过遥测信息分析获得这样的结果。”孙泽洲介绍,其实大家可以看到,着陆区靠南大概十几米有比较大的撞击坑,靠北十几米也有较大的撞击坑,通过避障数据以及最后结果看,这个避障非常有效。

  “在降落过程中,最后一百米是‘惊心动魄’的。”探月工程总设计师吴伟仁说,从网上可以看出,探测器降落在有坡度的地方,周围有四个撞击坑,什么产品减肥效果最好,偏东、北、南,所以怎么走、往哪边走很重要。

  孙泽洲介绍,整个嫦娥四号探测器上装有相机十多台,既装有黑白相机,也有彩色相机;探测器上还有监视相机、降落相机,巡视器上有导航相机、全景相机、避障相机等。

  “对于全景成像和地形地貌成像来说,应该采用彩色相机;对于导航相机以及避障相机,采用全色相机。”孙泽洲举例说,监视相机主要作用是监视两器释放分离的过程,导航相机主要目的是获取巡视器周围的影像,然后通过双目成像在地面进行三维恢复,为路径规划提供依据。

  另外,孙泽洲提到,人们看到的着陆器和巡视器的成像,是相互拍照的,即着陆器对巡视器成像、巡视器对着陆器成像。同时,大家可以看到,着陆器在顶部上有一个环拍情况,类似于着陆器自己顶上的自拍,靠着陆器顶上的地形地貌相机以及相机指向机构,再通过机构的运转以及不断调整,以获得着陆器顶部的情况。

  记者了解到,在嫦娥四号探测器上,除德国、荷兰、瑞典和沙特四国四台国外载荷外,还配置了九台中国自主研制的科学载荷。“针对这些载荷,中国将与这些载荷的研制单位一起组建国际科学家团队,共同开展对所获取数据的科学研究工作。”国家航天局秘书长、新闻发言人李国平说。

  李国平表示,中国国家航天局在嫦娥四号任务的论证过程中,高度重视航天国际合作与交流,希望给国际同行和科学家提供开展月球探测的机会。

  自2004年立项以来,我国先后实施了嫦娥一号、二号、三号、再入返回飞行试验、嫦娥四号等5次任务,实现了“五战五捷”。吴艳华介绍,嫦娥四号探测器作为嫦娥三号的备份产品,为更好地发挥作用,中国航天局带领国际国内科学家重新论证规划了这次有意义的活动。

  “经过论证,按照月球背面探测的新目标实施任务,花的钱不多。形象地说,可能跟修一公里的地铁差不多。”吴艳华说,中国对航天的投入,特别是探月和深空的投入,是与国家经济社会发展总体水平相适应的。

  商业航天是社会资本与资源参与航天开发和利用,或航天技术转化为经济社会服务。谈及影响,吴艳华表示,一是社会资本持有人,会加大投身航天相关技术和产业的开发热情,目前中国营造了良好的政策环境,航天许多领域欢迎社会资本包括国际资本参与,搭载载荷就是国际资本参与的一种方式。

  二是探月工程有众多引领前沿、引领产业的高技术,这些未来都可以为民生服务,所以欢迎社会资本尤其是民营企业从事这些技术转移转化和产业化工作。

  三是现在美国、卢森堡制定了相关法律,鼓励民营公司到月球探测。中国政府下一步探月也要开放思维,包括火星、深空探测任务,也可以采用多种方式,欢迎社会资本、国际资本参与,让更多经费支撑这些任务。

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