月球車設計者:「玉兔」3個月內不會做高風險動作

2020-11-26 中國新聞網

  根據嫦娥三號探測器從月球上傳回的圖像,中國科學家對探測器周圍的一塊金字塔形石頭、一片高地和一個大坑表示出興趣。未來「玉兔」號月球車將去哪裡,面臨很多抉擇。

  「玉兔」去哪兒首先由科學家提出。據悉,科學家們已經篩選出的幾個感興趣目標包括:著陸器西南方向約42米處的一塊金字塔形大石頭,這是科學家們從未見過的;偏西方向的一片高地,登上那裡可以俯視周圍的環境;北面10多米處的一個隕石坑。

  嫦娥三號月球探測器副總設計師賈陽說:「我們從工程技術上會積極滿足科學家們的需求,但是要在確保巡視器安全和後繼任務的順利實施前提下對目標進行選擇。」

  「我們要考慮月球車的能力,還要考慮12月26日將迎來『玉兔』登月後的第一個月夜,那裡的地形是否適合休眠。所以去哪是要結合科學家和工程技術人員兩方的意見。」賈陽說。

  準備好了嗎?

  15日嫦娥三號著陸器與巡視器分離後,月球車從著陸器的北面沿有陽光的東側繞到著陸器的南方,並分別在五個位置完成了兩器互拍。地面規劃控制人員根據過去幾日月球車上的全景相機拍攝的圖像,已經生成著陸區周圍的三維地形圖。

  在這幾個點的移動過程中,測月雷達也已正常工作。目前月球車進入月面測試階段。「我們要確認月球車各項功能都正常。」賈陽說。

  地面遙操作人員已經完成太陽翼大角度功率測試,機械臂展開,有效載荷設備全部開機測試正常。

  巡視器任務規劃技術負責人李群智說:「目前為止,月面上的真實情況與我們預先在地面上的演練太像了,這表明之前我們開展的內場、外場試驗發揮了很大的作用,所以我們現在沒有太大的壓力。」

  怎麼去?

  在確定了一個大的目標方向,也就是戰略規劃後,月球車的遙操作人員還要做更細緻的規劃。

  「例如我們確定了要去天安門或長城,不可能一次就走到。我們要分成間隔7至10米的點。我們要根據全景相機的信息,規劃出序列。這個過程中,我們要考慮的是各個點光照是否充足,對地通信是否通暢,在各點哪些載荷設備要工作,這是戰役規劃。」賈陽說。

  接下來,遙操作人員要做戰術層面的路徑規劃,就是要解決如何達到7至10米外的點,這時主要考慮的是地形狀況。在走的過程中,遙操作人員還要控制月球車的天線對著地球,太陽翼對著太陽,控制機械臂投放載荷開展探測。

  大目標的確定依靠的是全景相機,它的特點是視場較小,但解析度高,通過環拍可以獲得30米之內的高精度地形圖。而7至10米內的路徑規劃依靠的是導航相機,它通過對行進方向120度範圍進行成像,規划行駛路線。

  在路徑規劃後,遙操作人員還要在計算機上用數字月球車進行模擬,確認規劃結果正確。

  數字巡視器仿真系統技術人員王倩說:「這種數學模擬要做兩次。在最後的計劃生成後,我們還會讓數字車再迅速走一遍,叫『快速伴飛』。」

  另一位技術人員李清毅說,通過數學仿真反覆驗證也是國際上先進太空飛行器的通常做法,這樣可以降低成本,提高可靠性。

  為確保月球車的安全,工程技術人員對極為特殊的情況也做了準備。「假如車子駛入了亂石堆或輪子沉陷了,又假如車子發生故障,我們對制定的策略不放心,就會在試驗場內模擬月面情況,讓月球車的樣機進行物理仿真模擬。」賈陽說。

  在地球上駕駛一輛車,可以依靠GPS、北鬥、地圖來確定車的位置,那麼在月球上呢?

  主持月球車高精度導航定位關鍵技術研究的中科院遙感與數字地球研究所研究員劉少創說,月球車的定位使用了很多方法,例如:無線電定位、天文定位、慣性導航系統定位、裡程計推算、月球探測器影像與已有的高解析度衛星影像對比等。

  「月球車的高精度定位對於科學採樣勘探具有重要意義。而月球車路徑規劃也是建立在精確定位的基礎上的。」劉少創說。

  在走老路嗎?

  1970年,前蘇聯發射的「月球」17號探測器攜帶了人類歷史上第一輛月球車。隨後美國將有人駕駛的月球車成功應用到阿波羅15、阿波羅16、阿波羅17登月飛船的探測任務中。

  40年來首次重返月球的月球車設計者賈陽說,無論是前蘇聯還是美國的月球車使用的都是40年前的技術。「玉兔」是現代科技的結晶,大量使用了近40年來發展起來的新技術:用大規模的集成電路代替了當年的電晶體,採用無刷電機技術解決了有刷電機壽命有限的問題,車載的科學儀器無論是探測的手段,還是探測的精度都已有了飛躍性的變化。更何況「玉兔」上採用的立體視覺技術、自主避障技術等,40年前還根本不存在。

  「玉兔」的預定工作期是三個月。但是賈陽說:「探測器的各項功能在三個月不會有明顯的退化,我們有信心工作得更長。」

  他說:「這三個月內,工程技術人員首先考慮的是要保證探測器的安全,所以不會做太高風險的動作。在順利完成三個月的既定任務後,如果科學家們想探測高難度的地方,我們再去挑戰能力的極限。」(記者喻菲 姬少亭 趙薇)

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