碎石堆构造小行星表面地形分析与仿真验证

人类迄今对太阳系小天体开展的探测包括地基、天基远距离观测和"罗塞塔号""隼鸟号"等探测器的抵近观测、着陆取样等。对具有碎石堆构造特性的小行星表面地形特性进行研究,提出了一种生成小行星表面地形仿真模型的方法,建立石块生成模型,对影响地形构造的石块幂律分布规律进行实验模拟。根据小天体着陆段导航方法验证及表面操作执行机构验证需要,选择并仿真生成了5种典型地形。实验结果表明:按照本文方法生成的仿真地形与实际探测得到的小行星表面局部地形相比一致性较好,可用于近操作任务中的着陆机构验证和地形相对导航算法初步验证。     

Risk Theta*:一种基于地形危险度的任意航向路径规划算法

提出了一种基于地形危险度的任意航向路径规划算法——Risk Theta*。首先以星球表面地形特征统计分析为基础提出了地形危险度指标,并建立地形危险度地图。在此基础上应用Basic Theta*搜索,以危险度最低为方向搜索最优路径。仿真实验证明,该算法能够在栅格地图上找到比A*和Basic Theta*算法危险度低得多、长度相当的任意航向路径,既显著提高了巡视器的安全性,又满足了星球巡视探测对任意航向行驶的迫切需求,因此具有较强的实用性。     

火星地形测绘研究综述

火星地形测绘是开展火星科学研究的基础。介绍了与地形测绘相关的火星探测任务,并对地形测绘传感器进行了分析。阐述了火星地形测绘摄影测量数据处理的基本原理,研究了基于SPICE库建立火星表面线阵影像严密几何模型的方法。讨论了火星地形测绘摄影测量数据处理中的光束法平差、密集匹配以及多线阵拼接等关键技术。在总结现有火星地形测绘任务特点的基础上,针对我国开展火星地形测绘研究提出了建议。     

未来行星表面漫游车自主导航技术研究

随着深空探测的距离越来越远,测控资源及能源的约束使得目前的行星表面漫游车采用遥操作加部分自主移动的在轨任务操作方式,越来越不适应未来科学探测的需求,而未来的深空探测任务对漫游车控制系统提出了更快、更轻、更智能的要求.对目前月球与火星表面漫游车自主导航控制系统的结构、能力进行了对比分析,给出了目前控制系统自主能力的约束条件,提出了未来行星表面漫游车的自主导航控制系统的体系结构及设计期望,并对未来行星表面漫游车自主等级进行了初步划分,为我国未来行星表面漫游车自主导航控制系统的研究提供技术支撑与发展规划指导.     

地外天体潜入式探测典型案例分析及展望

针对地外天体星壤剖面的潜入式探测任务,对星球表面热场、星壤剖面原位力学特性等科学目标探测的基本原理、实现方案和典型案例进行了资料调研与分析,并阐明了国际上开展地外天体星壤剖面潜入式探测活动的目的和科学意义。在此基础上,提出了我国月面采样科学目标拓展方案以及我国开展潜入式探测的预先研究规划,对蠕动掘进和冲击贯入式探测方案的基本原理和应用前景进行了分析。     

月球表面巡视探测GNC技术

嫦娥三号巡视器是中国首个地外天体表面巡视探测器, 其制导、导航及控制 (GNC)技术与地球卫星等航天器完全不同. 探测器实现月表巡视探测需要在地 外天体表面确定自身位置、航向及姿态, 识别周围地形环境并寻找安全路径, 控制巡视器沿规划路径安全行驶等. 本文针对嫦娥三号巡视器月面巡视对GNC系统的 任务要求及工作性能, 对月面自主导航定姿定位、协调运动控制、环境感知、 路径规划、激光探测避障以及地面试验等重要技术环节进行了分析, 研究月面制 导、导航与控制特性并进行实验验证, 进而对巡视器GNC技术进行了模拟仿真.      

基于改进DeepLab-v3+的火星地形分割算法

准确的地形分割有助于星球巡视器执行地形可通过性判断、自主路径规划等任务,从而保证巡视器探测任务的顺利进行.针对当前火星地形分割任务难度高、巡视器计算资源有限的问题,基于DeepLab-v3+网络结构提出一种轻量化的语义分割网络.该网络以MobileNetV2为骨干网络,利用密集连接的方式优化空洞空间金字塔池化(ASPP)模块,进一步扩大了空洞卷积的感受野;融入最新提出的坐标注意力机制(CA),增强了网络的特征提取能力.利用AI4Mars公开数据集对CA-DeepLab-v3+网络进行验证,表明算法在土壤、基岩、沙地和大岩石4种地形的召回率分别达到91%、92%、89%和75%.     

火星车的关键技术分析

正1引言在深空探测任务中,巡视探测是深入开展地外天体科学探测活动的重要方式,这种方式可以在火星等固态星球表面选择科学目标,并开展针对性的探测活动。这种探测形式可以拓展探测范围,实现科学探测的点面结合;满足科学仪器巡视就位探测的需求;解决科学探测目标实现与工程实施着陆点选取之间的     

深空遥操作大回路延时研究

深空探测是航天未来发展的重要领域,遥操作技术是深空探测的重要研究内容,是人类开展深空探测不可或缺的重要支撑技术。对遥操作交互模型进行了研究,阐述了典型深空遥操作闭环系统的遥控、遥测功能实现过程,基于深空遥操作的直接控制模式,对回路延时组成参数进行了分析,给出了回路延时各参数的工程测算方法,提出遥操作中遥测数据判读时刻的修正方法。理论分析表明,该方法提高了连续指令发送效率,充分利用了系统资源,缩短了任务执行时间。     

基于Unity3D的月面复杂地形场景构建及模拟驾驶系统

为了验证未来月面复杂地形操控技术方案,基于Unity3D物理引擎对月表模型、月球物理环境以及月面光照环境进行了模拟,设计并开发了一套用于模拟月球自主进行着陆点选址以及在线航天器着陆轨迹规划的系统。该模拟系统的工作过程包含了：基于面阵雷达与立体相机信息融合的局部月表重建、基于3D重建结果的月表地形着陆代价的快速评估与自动着陆选址,以及使登陆器能够到达选址目标的最优燃料消耗着陆运动规划,实现了月球着陆器短距离自主选址着陆的模拟系统构建,同时也从仿真的角度初步验证了“地形重建-地形评估-自主选址-软着陆”这一自主着陆过程的可行性。     

火星摄影师 ——祝融号火星车巡视探测拍摄纪实

正1引言天问一号火星探测任务的工程目标已经圆满实现,祝融号火星车正在这颗红色星球的表面开展巡视探测,已经传回大量图片和其他科学探测数据。利用火星车拍摄的图片,既可以开展火星表面地形地貌研究,也可以用于确定火星车探测的目标,规划火星车行驶的路线,还可以为工程留下重要的图片、视频资料。为了精心设计拍摄这些图片时的构图,以及选择相机的曝光参数,火星车的地面操作控制人员被培养成了火星摄影师。     

主动悬架星球车移动系统姿态控制研究

主动悬架星球车比被动悬架星球车有更好的环境适应性和运动能力。但由于主动悬架包含主动悬架机构和关节,因此对其进行有效控制将更复杂。基于星球车运动速度较低的特点,应用系统稳定性准则研究了主动悬架的构型与姿态控制,设计了相应的控制方法。在ADAMS和MATLAB下的联合仿真表明了该方法的可行性,而且验证了主动悬架星球车在运动稳定性方面的优势。     

雷达技术在小天体任务中的应用研究

在小天体任务中,雷达技术可用于浅表层探测和全球内部结构探测。总结了国内外雷达技术在天体探测任务中的应用现状,分析了单站和双站雷达系统的不同应用场景,对比了单站雷达中的轨道器雷达、表面巡视器雷达的不同特点。在此基础上,研究了小天体的可能结构、可能物质,介绍了单站、双站雷达的基本工作原理,提出了针对不同结构小天体可采用的雷达探测体制。针对尺寸较大的分层结构小天体,可采用单站雷达探测天体的浅表层,获取表层和浅表层的介电常数以及表层的深度;对于尺寸较小的碎石堆结构小天体,可采用双站雷达观测天体透射波,获取天体的介电常数和全球内部结构。最后通过仿真实验,验证了双站雷达对于探测碎石堆状小行星全球内部结构的有效性。     

月面巡视器路径规划方法研究

在月面巡视遥操作过程中,需要根据感知数据确定科学探测目标,并逐层分解形成不同层次的规划结果。根据不同层次规划要求,结合月球背面巡视探测所需要面对的复杂约束,在探测周期规划中设计了月面综合环境立方模型和多约束导航点搜索算法,实现了综合考虑地形可达、光照情况、通信可达等多种因素的导航点搜索,在导航单元规划中设计了考虑地形行走代价、移动里程代价、操作控制代价等因素的平滑曲线路径搜索算法。在仿真实验环境中对上述方法进行了验证,结果表明了方法的有效性和实时性。     

月面复杂地形表层采样可采点确定方法

表层采样是获取地外天体特性的重要手段,是目前原位探测与采样返回样品获取的重要方式。实施月球表层采样过程中,月面复杂地形将对大尺度采样器工作带来约束。结合一类大尺度表层采样器,分析了月面复杂地形的影响,提出了表层采样的可采样充分条件,构建了以可视区分区、分区延伸、局部平均法向量稀疏、基点包覆检测相结合的并行可采点确定方法。仿真结果表明,该方法可准确确定复杂地形下表层采样可采点,分区并行计算可有效提升可采点的确定效率。     

一种基于地形方向通行性的改进Theta*算法

提出了一种基于Basic Theta*改进的任意航向路径规划算法,利用星球巡视器在俯仰和滚转方向上抗倾覆能力的差异,对不同航向上的地形可通行性进行了分析,分别区别出障碍以及方向性障碍,并在此基础上将Basic Theta*扩展节点时的可视性检查改进为可通过性检查,从而筛选出能够通过方向性障碍的路径.仿真实验表明,该算法克服了Basic Theta*算法的局限性,能够更加充分地利用巡视器特性,在复杂地形上找到传统方法无法通行的最短路径,扩展了巡视器的行驶范围和工作能力,对于巡视器穿越崎岖地形及撞击坑底探测等星球表面特殊任务具有实用价值.      

无人平台复杂地形探测的视触融合方法

为提高无人平台在复杂环境中的地形探测能力以及解决在小样本数据下识别地形困难的问题,提出了一种无人平台复杂地形探测的视触融合方法。在原始宽度学习的基础上,建立了多模态级联特征节点宽度学习框架。首先进行触觉和视觉初步特征提取和融合特征提取,随后将融合特征矩阵经宽度学习分类器得到地形识别的结果。最后,在自建的视觉-触觉地形 (V-T2)数据集进行了实验验证。结果表明,相比于传统的融合算法,提出的融合算法有很好的准确性和鲁棒性,为无人平台地形探测提供了有效的策略。     

金星自转速度变慢

根据欧洲空间局"金星快车"号宇宙飞船的红外探测资料,科学家发现金星表面的地形特征并没有出现在预期的位置,因此怀疑金星的自转速度似乎比之前测量的慢了一些。这些观测资料,将有助于科学家判定金星究竟是液态还是固态核心     

小天体表面采样技术综述

小天体是人类了解太阳系起源演变的重要载体,承载着丰富的科学信息。同时小天体含有丰富的贵金属及稀有元素,具有巨大的利用价值,对小天体进行采样探测具有重要的科学与工程意义。通过调研小天体表面特性以及国外小天体采样技术研究现状与成果,总结了小天体环境对采样探测的特殊要求,归纳了小天体表面采样探测具有低反作用力、轻量化、小型化、低能耗化,需适应附着与接触探测模式等特点,提出了对小天体采样探测的技术需求,为小天体采样探测技术深入研究提供支撑。     

2018美国重返月球（上）——解秘美国新登月计划

月球是地球唯一的天然卫星，是距离地球最近的天体，是人类探测与研究程度最高的地外星球，随着空间应用需求的日益加大、载人航天等主要空间技术的不断成熟以及空间军事活动的需要，探测月球必然成为人类走向深空的首选目标，也是人类探测太空并开发利用太空资源的前哨站与中转站。