八角楼的光1927
22-01-03 22:35 微博认证:科学科普博主 头条文章作者

【结束盲降月球历史:激光三维成像敏感器】在嫦娥探月工程实施登月任务以前,人类无人登月探测器无一例外全部都是“盲降”,后者通常只能根据分辨率并不高的环月遥感图像寻找大片开阔平坦的区域为“着陆区”,在此基础上设计好弹道,然后逐级减速进行月面软着陆,并没有任何避障设计,所以此类任务通常是“胜败各半”。

阿波罗载人登月计划6次登月任务全部成功,这是因为引入了宇航员的手控驾驶功能,其历次安全着陆点的选择均需宇航员人工判断。

谈到这里,有人会比较诧异,人的作用真的可以替代机器吗?其实这个问题完全是问反了,因为在空间探索领域,机器至今并不能完全取代人。

比如空间交会对接,不论是国际空间站还是天宫空间站,飞船与之对接时都需要手控交会对接备份,人在这里是“托底”的作用。

即便是货运飞船对接,飞船里面没有人怎么办?没有条件创造条件也要加入人的作用,空间站“遥操作对接备份”由此而来。目前正在轨执行驻留任务的神舟十三号航天员乘组再过不久就将进行天宫空间站的首次遥操作对接任务。

以执行首次载人登月任务的阿波罗11号为例,鹰号登月舱在距离月面仅有数十米高度时,航线前方出现了一个直径约180米的撞击坑,当时如果按照既定程序继续下降,后果就是撞在环形山上,好在舱内宇航员及时发现了这一情况,转为手控驾驶,进而化解了这一险情。

国产激光三维成像敏感器的作用就是当着陆器距离月面百米高度时进行快速多波束成像,它可以同时发射16个激光波束,并在0.4秒时间内绘制一张高精度三维立体图像,并基于此图像进行螺旋搜索,直至确定安全着陆点,而后姿控发动机与变推力发动机合力控制探测器避开障碍,并移动至安全着陆点上方,再进行缓速下降,直至安全着陆月面。

在此装置助力下,我们已经取得嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号共计3次登月成功的战绩,成功率高达100%。

除了登月任务,天问一号探测器之所以能够取得一次发射即实现绕落巡火星的壮举,其着陆器配置的多功能避障敏感器里边的激光三维成像模块也是功不可没。

大洋彼岸的NASA也曾希望将激光成像避障技术应用于火星登陆任务,但至今不论是好奇号,亦或者毅力号都没能进行工程应用。接下来,他们寄希望于在后续月球登陆任务中应用此项技术。

图一:NASA的勘测者-3号无人月面探测器
图二:阿波罗11号飞船的鹰号登月舱
图三:神舟十三号飞船与天宫空间站径向交会对接
图四:航天员遥操作对接训练
图五:月球上空从鹰号登月舱看月面
图六:激光三维成像敏感器
图七:嫦娥五号着陆器
图八:天问一号着陆平台