期待下一个“尼尔•阿姆斯特朗”登陆火星: 使Mars 2020火星探测器实现着陆


   2019-07-08 丨 资讯 丨 nasachina  丨  No Comment 丨  97

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期待下一个“尼尔•阿姆斯特朗”登陆火星: 使Mars 2020火星探测器实现着陆

美国国家航空航天局(NASA)火星2020探测任务(Mars 2020)将通过一个自动领航系统帮助引导探测器在火星上安全着陆。
版权:NASA /加利福尼亚理工学院喷气推进实验室(JPL-Caltech)

当第一名宇航员尼尔•阿姆斯特朗(Neil Armstrong)登陆月球时,“静海”(the Sea of Tranquility)抬头相逢的景色,并不是阿波罗11号登月计划的初衷。他们原本希望将登月舱“鹰”号(Eagle)送至一个几乎没有火山口、岩石和巨石的相对平坦的着陆地带。相反,Armstrong透过他那小小的三角形指挥员窗口,看到了一块巨石,这对登月舱来说是非常危险的。因此阿波罗11号的指挥官用机载电脑控制了登月舱的降落,驾驶“鹰”号飞跃巨石地带,降落到一个之后被称为“静海基地”(Tranquility Base)的着陆地点。(注:“静海基地”是Armstrong在登月之后为登月点起的名字)

位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室的Al Chen,是NASA 火星2020探测任务中探测器进入、下降和着陆负责人,表示:“在阿波罗11号之前就已经有机器人登月,但此前从未有一艘航天器在下降到月球表面时能够改变轨道以避开危险。”

Chen和火星2020探测任务的同事们已经有了无需通过火眼金睛的宇航员坚持不懈的帮助而实现火星着陆的经验。但火星2020探测任务将面临NASA迄今为止最大的火星挑战。Jezero陨石坑是一个28英里宽(45公里)的凹坑,里面充满了陡峭的悬崖、沙丘、巨石场和小型撞击坑。任务团队明白,如果要尝试在Jezero陨石坑着陆,而且是在探测器搭载的有效载荷要比好奇号火星探测器多50%,而好奇号火星探测器是着陆在夏普山(Mount Sharp)附近一个适宜的地点的情况下,他们必须提高自己的水平。

Chen说:“我们需要的是一个像Neil Armstrong的宇航员登陆火星,我们可以利用地形相对导航(Terrain-Relative Navigation)系统。”

火星2020探测任务将面临火星史上最具挑战性的登陆。探测器将于2021年2月18日在Jezero陨石坑着陆,这是一个28英里宽(45公里)的广阔区域,充满了陡峭的悬崖、巨石场和其他可能威胁着陆的东西。一项被称为“地形相对导航”(TRN)的新技术将允许探测器自动规避危险。这是最接近宇航员驾驶航天器的情形,这项技术将有利于未来的机器人和人类探索火星。

火星 2020探测器上搭载的“地形相对导航”(TRN)是一种自动领航系统,能够在着陆过程中快速计算出探测器的位置,更重要的是可以计算出探测器将来降落在火星表面时的位置。探测器上搭载的电脑里储存了一张Jezero陨石坑内的风险地图,若计算出的着陆点被认为过于危险,TRN将通过指挥Mars 2020火星探测器的下降阶段使探测器飞到可实现的最安全的着陆点。

TRN系统由两部分组成

将阿波罗登月舱降落在月球上需要两名宇航员(Armstrong让Buzz Aldrin提供他们飞行轨迹的信息)。同样地,TRN实际上是由两个系统共同工作:着陆器视觉系统(Lander Vision System)和安全目标选择系统(Safe Target Selection system)。

Mars 2020火星探测器制导导航和控制子系统经理安德鲁•约翰逊(Andrew Johnson)表示:“TRN的前半部分是着陆器视觉系统系统(LVS),它决定了探测器在火星表面的位置。如果将LVS说得快一点,你就会明白为什么研究团队的非官方吉祥物是埃维斯•普里斯利(Elvis Presley)。”

LVS的运行寿命总共25秒。它在约13000英尺(3960米)的高空开始运行,这就要求探测器上的摄像头在仍然依靠降落伞降落的情况下,快速地拍下一张又一张火星表面的照片。LVS每秒仔细检查一张图像,将每张图像分割成覆盖面积约为5000英尺(1520米)的正方形。

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