【科學(xué)網(wǎng)】北理工科研團隊發(fā)文介紹用于火星精準著陸的制導(dǎo)導(dǎo)航技術(shù)
發(fā)布日期：2017-11-15 供稿：來源：科學(xué)網(wǎng) 編輯：薛喬丹 審核：王征 閱讀次數(shù)：
原文標題：科學(xué)家發(fā)文介紹用于火星精準著陸的制導(dǎo)導(dǎo)航技術(shù)
原文鏈接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/11/394096.shtm
近日，北京理工大學(xué)崔平遠教授領(lǐng)銜的研究團隊在最新一期的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，遠程遙控幾乎無法勝任這種著陸控制的實時性要求。
為此，自主導(dǎo)航與制導(dǎo)將是火星登陸過程的不二選擇。如何實現(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，并取得了不錯的進展。崔平遠團隊的這篇論文回顧了當前這一領(lǐng)域的相關(guān)進展，并對未來的前景做了展望。
文章總結(jié)了人類已進行過的火星探測任務(wù)，并對任務(wù)的成功率進行了統(tǒng)計，火星探測的成功率偏低，在三類探測任務(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，探測任務(wù)的成功率只有四成左右。因此，改進火星登陸的制導(dǎo)導(dǎo)航方案具有重大的工程應(yīng)用價值。
據(jù)文中介紹，火星精準著陸過程中對制導(dǎo)導(dǎo)航的主要挑戰(zhàn)在于以下三個方面：有限的導(dǎo)航信息、動力學(xué)模型的非線性和不確定性、弱控制能力。其中，有限的導(dǎo)航信息來自如下兩個方面：一是在進入火星大氣過程中容易產(chǎn)生熱屏蔽現(xiàn)象，從而導(dǎo)致多種導(dǎo)航敏感器無法使用；二是著陸過程的水平位置信息較難獲得。動力學(xué)模型的非線性和不確定性是由進入火星大氣時的高速運動帶來的大氣密度、升-阻比等參數(shù)不準確導(dǎo)致的。弱控制能力是指進入火星的過程中，能夠用于調(diào)節(jié)控制飛行器的通常只有一個自由角度，且升阻比較小導(dǎo)致控制力較小。
文中，作者對各種方法的優(yōu)劣和適用范圍進行了細致討論，并以合適的工程任務(wù)為例進行合理點評，指出了未來改進的方向。文章有助于相關(guān)人員全面快速了解當前火星著陸過程的制導(dǎo)導(dǎo)航現(xiàn)狀。
很多人從科幻電影中常常產(chǎn)生這樣的錯覺，以為航天器登陸其他行星（例如火星）時可能是隨便尋找一個著陸點就行了。其實，這并非實際情況。由于航天發(fā)射成本極其高昂，科學(xué)家在制定登陸計劃時，往往要將每一個環(huán)節(jié)進行精確地計算，即使是著陸點也是經(jīng)過認真評估后選定的。不過，這并非意味著真正著陸的地點能夠和期望的地點完全重合，因為實際任務(wù)中總會出現(xiàn)各種不確定的因素。為了降低這種不確定帶來的任務(wù)風(fēng)險，科學(xué)家們不厭其煩地改進技術(shù)，以期能不斷提升任務(wù)執(zhí)行的精準性。
火星，作為離地球最近且與地球環(huán)境最相近的太陽系行星，是目前被科學(xué)家們考慮登陸其上進行實地考察的最頻繁目標。已經(jīng)有不少火星登陸計劃正在各航天大國進行討論，而這其中也包括我們中國。
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