十年攻关路巡月梦成真

航天 · 2016-11-22 18:37:55

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<body><p>　　2003年，我国第一辆月面巡视探测器（月球车）原理样机开始预先研制；如今，我国第一台月球车“玉兔”号即将落月。十年时间，502所巡视器制导、导航与控制（gnc）分系统的设计师们，为了让巡视器能在陌生的月面上看得清、辨得明、走得正，从无到有、呕心沥血、集智攻关，研制了我国第一套巡视探测gnc系统，为中国的第一台月面巡视探测器掌舵导航！月面巡视探测器是"/></p>

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500)this.style.width=500;" onmousewheel="return bbimg(this)">2003年，我国第一辆月面巡视探测器（月球车）原理样机开始预先研制；如今，我国第一台月球车“玉兔”号即将落月。十年时间，502所巡视器制导、导航与控制（gnc）分系统的设计师们，为了让巡视器能在陌生的月面上看得清、辨得明、走得正，从无到有、呕心沥血、集智攻关，研制了我国第一套巡视探测gnc系统，为中国的第一台月面巡视探测器掌舵导航！月面巡视探测器是我国一类全新的地外航天器，其导航控制技术与卫星和飞船完全不同，国外可以查阅的有用资料非常有限，唯一有参考意义的就是寥寥几篇模棱两可的前苏联和美国的技术文档。我们的月面巡视器导航控制要实现哪些功能？需要配置什么样的敏感器？敏感器需要满足哪些技术指标？月面环境下需要采用哪些导航控制方法？所有这些问题没有人替你解答，只有靠自己。巡视器gnc的设计师们，开始了夜以继日、大海捞针式的调研和论证。巡视器的gnc分系统要回答三个问题：“我在哪里？”“我要去哪里？”和“我怎样去到那里？”导航定姿定位就是确定巡视器的当前位置和姿态，回答“我在哪里？”的问题，这是巡视器实现能源供应和对地通讯的根本。月面具有低重力、弱磁场、真空和辐射等环境，在地面移动车辆上应用成熟的磁罗盘、gps和倾斜仪等导航手段都不可用，再加上巡视器有严苛的重量和功耗约束，采用何种导航手段成为gnc设计的首要问题。设计师经过半年多的调研论证，走访了多家国内机器人和野外车辆研究院所，联系了当时国内先进导航敏感器的生产和代理厂商，完成了不下千次的数学仿真，最终确定了适合巡视器的导航定姿定位方案，并确定了导航敏感器指标。巡视器终于拥有了辨明方向的能力。 “我要去哪儿？”是巡视器导航控制要回答的第二个问题，我们要给巡视器配上灵敏的眼睛，让它长途跋涉首次来到陌生的月面后，能够看清周围的地形。激光扫描仪、三维仪等主动视觉设备虽然功能强大，但块头也壮硕，而且消耗能源过大，显然不适合小巧精致的月球车，只能用被动视觉设备了。然而月面上覆盖着月尘，纹理不清；太阳高度最高不超过50度，大部分时间地面上布有地形起伏和岩石带来的阴影；虽然没有风沙，但落月和移动过程中可能会产生扬尘……巡视器的眼睛要怎样才能在这样的环境下保持清晰明亮？既要看得远，又要视场宽，还要看得清，这样的眼睛如何设计？设计师们查阅文献资料、自学光学技术，甚至拿出家里的照相机反复摆弄研究，最终确定了由两对相机组成的双目立体视觉系统方案，并针对阴影情况，设计了基于激光点阵的主动结构光设备，让巡视器不但在阳光下看得清晰，在阴影里也能准确地辨别障碍。目标确定了，怎样才能到达目标呢？第三个问题亟待回答。我们有了清晰的眼睛，可以看清地形，那如何才能找到安全的路径？地面机器人的路径规划方法大多针对结构化的已知环境，野外机器人配备了多重安全防护能力，还有导航地图的帮助。而巡视器在月面只能自食其力，自主寻找脚下安全之路。设计师们将国内外所有能够查阅到的路径规划方法全都进行了适用性研究和仿真验证，最终结合巡视器的视觉特点和运动能力，提出了自己的路径规划方法，在茫茫月面上找到了通往目标的安全道路。有了路，还要有能够准确沿路行驶的能力，又一个新问题摆在设计师的面前。巡视器采用了六轮摇臂式的移动装置，六个轮子可以独立驱动，其中四个角轮还具有转向能力。巡视器运动控制要控制各轮协调运动，使巡视器能沿规划之路安全行驶到目标位置。巡视器控制律设计是多目标多约束控制问题，既要考虑月面松软月壤下的轮土接触力学关系、减少滑移和侧滑等现象，还要考虑巡视器自身运动能力约束。设计师们设计了十多种运动控制律，经过了上千次的仿真验算，最终确定了六轮驱动和四轮转向协调控制的控制方法，实现了对规划路径的准确跟踪控制，巡视器终于能够迈步朝目标出发了！重重困难下，gnc设计师们披荆斩棘，自主设计出了第一套月面巡视导航控制方案，为我国的深空巡视探测开辟出一条崭新的导航控制之路！（邢琰）(作者：佚名)返回顶部相关新闻<ul><li>嫦娥三号相机指向机构完成月面在轨拓展任务</li><li>嫦娥三号登月一周年状态良好继续超期服役</li><li>嫦娥三号登月一周年开始超期服役</li><li>“嫦娥”自述我在月宫这一年</li><li>嫦娥三号二度经历月食进入第11个月昼</li><li>九天揽月——中国探月工程展香港站落幕</li></ul>分享按钮 <h3>最新文章</h3><ul><li>1第十一届珠海航展

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