【科學(xué)網(wǎng)】北理工科研團(tuán)隊(duì)發(fā)文介紹用于火星精準(zhǔn)著陸的制導(dǎo)導(dǎo)航技術(shù)
發(fā)布日期：2017-11-15 供稿：來(lái)源：科學(xué)網(wǎng) 編輯：薛喬丹 審核：王征 閱讀次數(shù)：
原文標(biāo)題：科學(xué)家發(fā)文介紹用于火星精準(zhǔn)著陸的制導(dǎo)導(dǎo)航技術(shù)
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近日，北京理工大學(xué)崔平遠(yuǎn)教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在最新一期的Progress in Aerospace Sciences期刊上發(fā)表綜述論文，全面回顧了用于火星精準(zhǔn)著陸的制導(dǎo)導(dǎo)航技術(shù)。論文第一作者為北京理工大學(xué)于正湜博士，合作研究者還包括紐約州立大學(xué)布法羅分校的Crassidis教授。
為了能夠確保登陸過(guò)程安全可靠，需要研制一套高精度的制導(dǎo)導(dǎo)航方案。并且，由于火星離地球極其遙遠(yuǎn)，遠(yuǎn)程遙控幾乎無(wú)法勝任這種著陸控制的實(shí)時(shí)性要求。
為此，自主導(dǎo)航與制導(dǎo)將是火星登陸過(guò)程的不二選擇。如何實(shí)現(xiàn)這種自主性的高可靠的自主導(dǎo)航與制導(dǎo)呢？科學(xué)家們已經(jīng)研究了很多年，并取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。崔平遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)的這篇論文回顧了當(dāng)前這一領(lǐng)域的相關(guān)進(jìn)展，并對(duì)未來(lái)的前景做了展望。
文章總結(jié)了人類(lèi)已進(jìn)行過(guò)的火星探測(cè)任務(wù)，并對(duì)任務(wù)的成功率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，火星探測(cè)的成功率偏低，在三類(lèi)探測(cè)任務(wù)（飛躍、環(huán)繞、著陸）中最高的只有一半成功率，最低的（登陸火星）大約為1/3成功率，總體成功率則為41.3%。這意味著，探測(cè)任務(wù)的成功率只有四成左右。因此，改進(jìn)火星登陸的制導(dǎo)導(dǎo)航方案具有重大的工程應(yīng)用價(jià)值。
據(jù)文中介紹，火星精準(zhǔn)著陸過(guò)程中對(duì)制導(dǎo)導(dǎo)航的主要挑戰(zhàn)在于以下三個(gè)方面：有限的導(dǎo)航信息、動(dòng)力學(xué)模型的非線性和不確定性、弱控制能力。其中，有限的導(dǎo)航信息來(lái)自如下兩個(gè)方面：一是在進(jìn)入火星大氣過(guò)程中容易產(chǎn)生熱屏蔽現(xiàn)象，從而導(dǎo)致多種導(dǎo)航敏感器無(wú)法使用；二是著陸過(guò)程的水平位置信息較難獲得。動(dòng)力學(xué)模型的非線性和不確定性是由進(jìn)入火星大氣時(shí)的高速運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的大氣密度、升-阻比等參數(shù)不準(zhǔn)確導(dǎo)致的。弱控制能力是指進(jìn)入火星的過(guò)程中，能夠用于調(diào)節(jié)控制飛行器的通常只有一個(gè)自由角度，且升阻比較小導(dǎo)致控制力較小。
文中，作者對(duì)各種方法的優(yōu)劣和適用范圍進(jìn)行了細(xì)致討論，并以合適的工程任務(wù)為例進(jìn)行合理點(diǎn)評(píng)，指出了未來(lái)改進(jìn)的方向。文章有助于相關(guān)人員全面快速了解當(dāng)前火星著陸過(guò)程的制導(dǎo)導(dǎo)航現(xiàn)狀。
很多人從科幻電影中常常產(chǎn)生這樣的錯(cuò)覺(jué)，以為航天器登陸其他行星（例如火星）時(shí)可能是隨便尋找一個(gè)著陸點(diǎn)就行了。其實(shí)，這并非實(shí)際情況。由于航天發(fā)射成本極其高昂，科學(xué)家在制定登陸計(jì)劃時(shí)，往往要將每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精確地計(jì)算，即使是著陸點(diǎn)也是經(jīng)過(guò)認(rèn)真評(píng)估后選定的。不過(guò)，這并非意味著真正著陸的地點(diǎn)能夠和期望的地點(diǎn)完全重合，因?yàn)閷?shí)際任務(wù)中總會(huì)出現(xiàn)各種不確定的因素。為了降低這種不確定帶來(lái)的任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，科學(xué)家們不厭其煩地改進(jìn)技術(shù)，以期能不斷提升任務(wù)執(zhí)行的精準(zhǔn)性。
火星，作為離地球最近且與地球環(huán)境最相近的太陽(yáng)系行星，是目前被科學(xué)家們考慮登陸其上進(jìn)行實(shí)地考察的最頻繁目標(biāo)。已經(jīng)有不少火星登陸計(jì)劃正在各航天大國(guó)進(jìn)行討論，而這其中也包括我們中國(guó)。
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