青島科技大學：為火星探測器“天問一號”技術(shù)護航

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 孫軍 通訊員 李鯤鵬 李粟）7月23日12時41分，我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器在中國文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，開啟了瑰麗壯美的火星之旅，邁出了我國自主開展行星探測的第一步。在這次任務(wù)中，青島科技大學作為山東省唯一一所參與火星探測任務(wù)的單位，為“天問一號”探測器精準、安全地著陸提供技術(shù)護航。

在青島科大自動化與電子工程學院樓內(nèi)，“藏”著一個并不知名的研究所。這就是承擔火星探測器精準著陸自主導(dǎo)航技術(shù)研究基礎(chǔ)的主體——自主導(dǎo)航與智能控制研究所。研究所成立于2003年，是國內(nèi)較早研究自主導(dǎo)航的高校單位。其中由邵巍、于鐳、曹夢龍、姚文龍等教師組成的團隊，從2012年起，用近5年時間，參與完成了我國首個專注于深空探測的國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）。這個由北京理工大學、北京控制工程研究所、北京航空航天大學、青島科技大學等10家單位共同承擔的研究項目“行星表面精確著陸導(dǎo)航與制導(dǎo)控制問題研究”，就是要確保探測器通過自主導(dǎo)航進行安全、精確地著陸，為我國火星探測計劃的實施奠定技術(shù)理論基礎(chǔ)。

研究所副所長、項目負責人邵巍教授表示，青島科技大學承擔的項目子課題——“行星表面特征提取跟蹤與快速運動估計方法”，主要針對火星著陸末端，利用地表圖像進行特征提取跟蹤并進行視覺自主導(dǎo)航。團隊的研究成果“曲線特征匹配光學導(dǎo)航技術(shù)”得到了原國家航天局局長欒恩杰院士及我國探月工程總設(shè)計師吳偉仁院士等專家的認可，為我國首次火星探測過程中著陸方案的論證及設(shè)計提供了有力的技術(shù)支撐。

此外，據(jù)自主導(dǎo)航與智能控制研究所執(zhí)行所長于鐳介紹，2004年成立了中國宇航協(xié)會深空探測技術(shù)專業(yè)委員會，召集了部分高校和航天系統(tǒng)研究所等研究機構(gòu)共同開展相關(guān)研究，青島科技大學從最初就參與其中。

青島科大的技術(shù)成果主要作用于探測器著陸階段，這是整個火星探測任務(wù)最為關(guān)鍵的階段之一，直接決定了探測任務(wù)的成功與否。火星探測器著陸過程中，大氣環(huán)境十分復(fù)雜，動力學環(huán)境也存在不確知等情況，進行實時高精度導(dǎo)航極為困難?；鹦桥c地球距離遙遠，探測器與地球之間的通信存在至少10分鐘的時間差。這意味著，探測器著陸時可能與地球“失聯(lián)”，一旦失去控制就將撞毀在火星表面。這就要求探測器在著陸階段必須具有自主導(dǎo)航、控制和障礙規(guī)避的能力。

“利用地表圖像進行特征提取跟蹤與自主導(dǎo)航，是完成火星自主、精確、安全著陸任務(wù)要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題?！鄙畚「嬖V記者，青島科大的技術(shù)不僅實現(xiàn)了讓探測器利用地表圖像進行特征提取、跟蹤并據(jù)此完成著陸段自主視覺導(dǎo)航，而且也將在很大程度上解決我國行星探測自主、安全、精確著陸任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

在他們的研究理論支撐下，探測器在著陸段可以利用光學相機獲取火星表面圖像，并提取星表特征點、隕石坑、山脊、溝壑等作為導(dǎo)航陸標，通過跟蹤這些特征并結(jié)合慣性導(dǎo)航信息，可以對自己的位置、速度、姿態(tài)等進行估計，從而完成精確著陸。