工博会|为嫦娥四号扫描着陆地形,这只激光眼用了0.25秒

时间:2019-09-19 14:52来源:澎湃新闻作者:weixiang 点击:
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摘要:今年以色列和印度的月球探测器先后折戟在登陆前的时刻,相比起地月间30多万公里的跋涉,登月的最后一关才是最难关。中国的嫦娥四号探测器软着陆的秘诀在哪里?一只明察秋毫而又反应迅捷

关键字:嫦娥四号

  今年以色列和印度的月球探测器先后折戟在登陆前的时刻,相比起地月间30多万公里的跋涉,登月的最后一关才是最难关。中国的嫦娥四号探测器软着陆的秘诀在哪里?一只明察秋毫而又反应迅捷的“激光眼”,在其中起到了至关重要的作用,并斩获了本届中国国际工业博览会大奖。

  9月18日,澎湃新闻记者从“中国国际工业博览会大奖获奖展品新闻通气会”上获悉,中国科学院上海技术物理研究所的“月背软着陆激光导航避障敏感器” 是国际上首次投入月背区域软着陆任务的高精度实时导航与三维避障载荷。它保障了2019年1月嫦娥四号探测器在月背南极-艾特肯盆地冯•卡门撞击坑区域的安全着陆,主要技术指标处于国际领先水平。

  中科院上海技物所研究院、载荷研发团队主要负责人何志平在通气会上介绍道,技物所团队在十多年前就根据中国探月工程规划的情况开展研究,在国际上首次提出用激光技术来获取探测器与月球的距离,以及登陆地区的地形情况。

  经过多年攻关,团队在2012年解决了关键的技术和器件问题,并帮助2013年的嫦娥三号探测器成功登陆地球。

  与前辈不同,嫦娥四号将登陆地点选在了人类未曾征服过的月背。与月球正面相比,月背地形更为崎岖起伏,只有南部的一个大撞击坑较为平坦。月球探测器的软着陆的条件因而也更为复杂。

  作为嫦娥四号的“激光眼”,“月背软着陆激光导航避障敏感器”的测距组件在距离月球数十公里时就早早开机,采用多级光学增益与电子学增益相结合的一体化控制方法,可自主适应着陆过程中0°-90°对月角度变化、30km至15m高度波动的复杂月背环境,测量准确精度达6cm。探测器依据相关信息进行速度和方向的调整。

  距离月球100米时,嫦娥四号进行了一次成败攸关的悬停。它需要利用这个短暂的时间窗迅速了解着陆区域地形,选取安全的着陆点。

  就在这个关键的时间窗内,三维成像组件使用16个激光光束对50m×50m的月背着陆区进行高速扫描,在0.25秒内实现了0.2m分辨率的三维地形图像获取。

  此外,其快速反演算法可将预处理时间压缩至4秒以内,大幅优于现有商用激光雷达10分钟至1小时量级的测量时间。

  何志平将“激光眼”的成功要素概括为两点,一是快,二是准。0.25秒充分体现速度,而识别0.2米小坑、石块的能力则保证了精度。此外,相比起图像、微波等技术,激光导航避障的环境适应性更强,稳定性更佳。

  “中国是第一个用这个技术的,类比国际上的设备,我们在总体技术上领先。”他说道。美国的同类技术尚处于研发阶段。

  除了将继续为未来的嫦娥五号、嫦娥六号保驾护航,何志平对澎湃新闻透露,这样的激光导航避障敏感器也有望在“上九天”后“接地气”。团队正与一些合作伙伴探索在无人船、自动驾驶车等领域的应用。作为航天工业的杰出产品,它的高可靠性毋庸置疑,接地气的主要挑战可能在于成本如何降低。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:weixiang )
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