VR模擬駕駛、會「思考」的火星車……「天問一號」離不開這些讓人豎大拇指的設計

2020-08-27 國際在線

國家航天局探月與航天工程中心消息,7月23日發射的天問一號火星探測器目前飛行距離已經超過800萬公裡,也成功進行了一次軌道修正,但對於研製團隊來說,難點和關鍵環節還在後面,對天問一號探測器的考驗才剛剛開始。

專家介紹,目前的飛行都屬於平穩的常規動作,控制上相對容易。而後續深空機動、近火制動等涉及到軌道控制的操作,才是真正要面對的難關。

航天科技集團五院 天問一號探測器系統副總設計師 賈陽: 最關鍵的環節應該就是到火星附近之後的剎車,因為這個機會就只有一回。如果要是這個過程中有些閃失的話,我們實際上後邊沒有迴旋的空間。

此前美國、蘇聯等國都在這一步失敗過,沒能進入到火星軌道,足以體現這次剎車的重要性。

成功進入火星軌道後,就進入相對平穩的環繞飛行階段。這個階段大約要持續兩個多月的時間,在進行環繞探測的同時,根據探測到的信息判斷是否具備著陸條件。

航天科技集團五院 火星探測器總體主任設計師 王闖:在環火的過程中,我們會用環繞器的高解析度相機對著陸區進行拍照,確認一下著陸區是不是和我們預期的一致。

選擇好著陸點、確定了著陸時間就進入到下一個關口。火星著陸的過程經常有「恐怖七分鐘」之說,受到通信限制,整個著陸過程只能靠探測器自己進行判斷和執行,地面來不及做任何處置。

航天科技集團五院 天問一號探測器系統副總設計師 賈陽:我們可能沒準要長一點,也許要9分鐘。然後接下來(火星)車從平臺上駛下來,整個過程還是挺熬人的。可能需要一周多的一個時間才能從那個平臺上走到火星表面上來。

只有火星車成功行駛在火星表面,並傳回了探測數據,才意味著此次火星探測任務取得成功。此前只有美國的探測器成功實現了著陸和巡視探測,因此此次天問一號任務還任重而道遠。

在火星探測器的研製過程中,團隊也引進了很多全新的研製手段。在中國空間技術研究院,就有這樣一套虛擬實境的演示系統。不僅能夠還原出火星車的三維設計,還能夠模擬火星車在火星表面的行駛狀態。

這個虛擬實境的環境是由四面具有3D效果的大屏幕組合而成,研製人員戴上3D眼鏡站在中間,就可以有一個沉浸式的體驗。

眼前的場景是火星車的三維設計仿真結果,研製人員不僅能夠看到火星車內部的設計狀態和部件分布,還可以提前模擬裝配過程,減少後期實際裝配時的風險。

航天科技集團五院 信息中心副主任 趙伶豐:包括到時候工人裝配起來是不是方便,是不是可以夠著都能進行模擬仿真。他(演示人員)戴的叫主眼鏡,它裡面有一個傳感器可以判別使用者的方位。比如說他蹲下的時候,就自動就能看到下面的零部件了。

此外,研製團隊還在這套系統中模擬出了火星車在火星表面的工作狀態。不僅可以模擬天線展開、太陽翼展開,爬坡、轉向等操作,還可以在未來火星車著陸在火星表面後,結合真實的遙測數據,對火星車實時的狀態進行可視化的展示。

航天科技集團五院 信息中心副主任 趙伶豐:主要是火星車它自己的姿態的情況,包括它的位移、角度,包括它可能將來還有一些上、下行的信息,信號的一些速率,還有溫度等。我們可以結合實際遙測的數據來更新我們這個模型。

類似這樣的地面模擬系統不僅應用在火星探測任務中,在北鬥、空間站以及後續嫦娥五號等重要的航天任務中都已經有所應用,提高了研製效率,也降低了研製的成本。

在虛擬實境還原出的火星表面上,我們也看到了我國首輛火星車的大致形象。在設計師賈陽眼中,它就像一隻行走火星的「藍色蝴蝶」。那麼,這個「藍色蝴蝶」究竟有什麼特點?研製團隊對它有怎樣的期待呢?

賈陽,天問一號任務火星車總設計師。五年前,他在完成了玉兔號月球車的研製任務後,就開始了火星車的研究。有了玉兔號的研製經驗,賈陽在這輛火星車上,也寄予了更多的期待。

航天科技集團五院 天問一號探測器系統副總設計師 賈陽:在設計火星車的時候,我們是希望設計一個能力強又漂亮的火星車。最後我們聚焦到現在的方案的時候,應該說至少我自己第一反應就是我們得到了一隻藍色的閃蝶。

不僅外形特殊漂亮,這輛火星車在性能上也有很多以前玉兔號月球車不具備的能力,最突出的特點就是自主性的提高。月球車在行駛時,更多的是執行工作人員下發的指令,很少需要自己動腦規劃路線。而現在,由於火星距離地球最近時也要5500萬公裡,最遠甚至達到4億公裡,將會給火星車和地面間的通信帶來巨大的挑戰。

航天科技集團五院 天問一號探測器系統副總設計師 賈陽:基本上可以打一個比方,就是咱倆24小時說兩次話,一次是你告訴我你的情況,然後一次是以我這邊為主,告訴未來24小時你要做什麼工作。火星車的自主能力,相對於月球車來說的話,應該說是一個比較巨大的(提升)。

此外,針對火星表面的未知環境,研製團隊對火星車的越障能力也做了提升,它還可以橫著進行「蟹形」移動。 如今,這隻藍色的蝴蝶正在飛向它最終的考場,屬於賈陽和研製團隊的考驗也才剛剛開始。

航天科技集團五院 高級工程師 權爽: 我們一共(研製)六年,兩千多天,無數的航天人付出了很多的辛苦和努力。希望它一路順風,能夠安全到達。

航天科技集團五院 火星探測器著陸巡視器供配電分系統主任設計師 陳燕:萬裡長徵開啟了第一步吧,我相信我們整個火星探測任務會一步比一步更精彩。

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