行星际探测任务新技术新思路_风闻

来源：上观新闻​

随着人类对太空的探测更深、更远，行星际探测飞行的时间和空间跨度也越来越大。以木星系及更远的太阳系边际探测任务为例，探测器飞行时间达到10年到30年，飞行距离达到100倍日地距离，通信延时以小时计。

在如此大的时间和空间跨度下，探测器应减少对地面的依赖，具备全自主生存能力，而自主导航是保持正确飞行路线和飞行姿态控制的前提。

因为，在行星际空间中，必须准确知道探测器自身的位置和目标的位置，才能为探测器规划出正确飞行路线，并计算姿态指向，实现巡航飞行的同时，完成对行星科学探测和对地球通信等任务。此外，现阶段以地面站无线测量为主的导航方式，难以实现小行星、行星卫星等天体轨道的高精度测量，因此无法提供天体接近和环绕阶段的相应导航信息，这类行星际探测任务场景中，也必须采用探测器自主导航技术。

“随着天问一号火星探测器于2020年7月成功发射，正式拉开了我国行星际探测的序幕，在接下来的小行星、木星系和太阳系边际探测任务中，探测器自主导航技术将进一步发挥重要作用。”中国航天科技集团有限公司上海航天技术研究院院长助理刘付成说。

飞向宇宙更远空间的过程中，可采用的自主导航包括X射线脉冲星测距导航、恒星光谱测速导航和光学自主导航等方式。其中，光学自主导航可以通过图像目标识别和特征提取，完成位置、速度等导航信息的提取，是支撑我国未来进一步行星际探测的重要技术之一。“就像我们在公园查看地图时，首先要找到自己所在的位置，才能选择最优路线。”刘付成说。

行星际光学自主导航面临太阳光照条件变化、行星大气模型不够准确，以及测量时间基准和空间运动的对准等难题。

在我国首次自主火星探测任务中，上海航天采用“可见光+红外双波段光学导航敏感器”，提出了动态边缘图像自适应识别、椭球边缘拟合和自主时空基准对准等方法，成功验证了火星接近段和环绕段自主导航技术，证明了光学自主导航在行星际探测任务中的有效性。

后续的行星际探测任务中，一次任务的飞行距离将更远、探测目标更多，飞行路线更加复杂，对导航路标天体的自主规划提出了更高要求。上海航天研制团队将密切跟踪我国行星际探测计划，扩展光学自主导航技术应用场景，为我国木星系及更远的太阳系边际探测任务贡献智慧。