青島科技大學參與深空探測「973計劃」課題研究

科技 03-30

嫦娥一號衛星系統總指揮兼總設計師葉培建院士在今年全國兩會上透露，目前我國已基本具備火星探測能力，有可能在2020年發射火星探測器。近日，記者採訪了解到，作為國家首個深空探測的「973計劃」研究由國內10家科研單位共同承擔，青島科技大學作為非985、211高校和山東省唯一一家單位名列其中。青島科技大學研究的課題，就是確保未來的星際探測器能夠精準、安全地著陸。

著陸過程定成功與否

作為太陽系中表面環境與地球最相似的天體，火星探測一直是深空探測的重要目標。通過火星探測，有助於研究太陽系的形成、演化及生命的起源;有利於揭示其他天體對地球可能存在的影響;有助於發現可為人類利用的能源和資源。

作為整個火星探測任務最為關鍵的階段之一，火星進入、下降和著陸過程直接決定了探測任務的成功與否。在火星探測器著陸階段，探測器與地球的通信延遲在10分鐘左右，而整個著陸過程歷經時間僅持續6～8分鐘，再加上火星著陸過程中動環境的複雜多變、大氣密度的不確定性，導致高精度實時導航極為困難。

要突破著陸關鍵技術

為解決以上難題，由北京理工大學、哈爾濱工業大學、北京航空航天大學、清華大學、青島科技大學等10家單位共同承擔了國家973計劃「行星表面精確著陸導航與制導控制問題研究」項目(「深空973」項目)，對未來我國火星探測計劃的實施奠定技術理論基礎。

這個項目是我國深空探測領域的第一個973項目，由青島科技大學特聘教授、973首席科學家崔平遠教授承擔。主要目標是針對我國在「載人航天與探月工程」重大工程實施後所面臨的行星著陸探測技術需求，研究行星精確著陸探測基礎問題，解決行星精確著陸的導航與制導控制理論難題，並突破相應的關鍵技術，建立行星精確著陸導航與制導控制的基礎理論與方法，取得系列原創性成果，達到國際先進水平。

承擔子課題參與其中

青島科技大學作為山東省唯一一所參與深空探測的單位，承擔了該項目的子課題——「行星表面特徵提取跟蹤與快速運動估計方法」，主要針對行星著陸末端，利用地表圖像進行特徵提取跟蹤並進行視覺自主導航而開展的一系列研究工作。

青島科技大學自主導航與智能控制研究所所長於鐳，是「深空973」項目青科大的負責人之一。

於鐳說，青科大承擔的子課題是完成星際自主、精確、安全著陸任務要解決的關鍵一環。特徵提取匹配演算法能否進行穩定、連續跟蹤及其運行速度直接關係到自主導航的可行性、精度與可靠性;另一方面，行星著陸過程中動力學環境的不確知、強非線性以及相對運動估計的累積誤差，導致實時高精度導航極為困難。因此迫切需要研究著陸過程的特徵跟蹤方法，開展基於機器視覺的著陸器運動估計方法的研究工作，利用行星表面自然路標與機會特徵進行高精度實時導航，提出多源擾動下著陸器狀態非線性估計理論與方法，最終目的是建立較為完善的行星表面特徵提取、跟蹤與快速運動估計理論方法。

「通俗地講我們研究的是探測器的軟體。」於鐳介紹說，探測器上面有處理器，裡面運行著多種程序。當著陸器的防熱罩拋掉後，處理器開始運行著陸程序，在下降著陸段探測器利用光學相機對火星表面進行拍照以獲取火星表面的瞬時圖像，並通過程序運算識別火星地面特徵。探測器根據這些特徵作為導航陸標，對自己的位置、速度、姿態進行估計，從而避開大的石頭、隕石坑，選擇平坦的地面降落。隨著探測器高度下降，光學相機拍到的影像清晰度增加，探測器進而能夠識別更小的石塊，從而進行標記和規避，最終尋找到最完美的降落地。就像駕駛員開車需要看交通指示牌一樣，才能夠知道自己在哪，否則就可能迷路，到不了目的地。

目前，於鐳所帶的課題組已經完成了部分研究，一些研究成果獲得了發明專利和軟體著作權。

記者張同順通訊員李鯤鵬

[編輯：光影]

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