青島日報社/觀海新聞7月24日訊 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。
“小團隊”做出“大科研”
在青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航技術(shù)研究基礎(chǔ)的主體——自主導航與智能控制研究所。
研究所成立于2003年，是國內(nèi)較早研究自主導航的高校單位。其中由邵巍、于鐳、曹夢龍、姚文龍等老師組成的團隊，從2012年起，用了近5年的時間，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、哈爾濱工業(yè)大學、清華大學等10家單位共同承擔的研究項目“行星表面精確著陸導航與制導控制問題研究”，就是要確保探測器通過自主導航進行安全、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)。
上圖：邵巍（右）和于鐳（左）在一起研討
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航。團隊的研究成果“曲線特征匹配光學導航技術(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。
據(jù)自主導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。研究所在該領(lǐng)域已經(jīng)進行了近20年的探索，目前團隊還承擔著國家重點研發(fā)計劃項目的子課題，開展小行星探測的前期研究工作，努力為今后的小行星探測實現(xiàn)技術(shù)方面的突破。
“小技術(shù)”解決“大問題”
青科大的技術(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)境十分復雜，動力學環(huán)境也存在不確知等情況，進行實時高精度導航極為困難。火星與地球距離遙遠，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航、控制和障礙規(guī)避的能力。
上圖：著陸示意圖
“利用地表圖像進行特征提取跟蹤，并進行自主導航是完成火星自主、精確、安全著陸任務(wù)要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。”邵巍告訴記者，青科大的技術(shù)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航。這不僅是完成著陸器自主導航的重要手段，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、溝壑等作為導航陸標，通過跟蹤這些特征并結(jié)合慣性導航信息，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。（青報全媒體記者 楊海濤 通訊員 李粟）
