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NASA测试行星精确着陆技术 为火星登陆做铺垫

http://www.kexue.com 2013-08-16 10:15:45 新浪科技  发表评论


喷气推进实验室工程师汉娜•哥特伯格正在检查搭载于一架宇航局德雷登飞行研究中心飞机上用于测试好奇号火星车下降雷达系统的“快速测试实验吊舱”

莫哈维沙漠航空航天港,马斯登空间系统公司的Xombie技术验证器飞离发射平台

  去年,全世界数以百万计的人们都被一场远在数亿公里之外的壮举惊呆了:就在8月6日这一天,美国宇航局的工程师们使用极具创新性的“天爪”系统成功将新一代火星漫游车“好奇号”精确降落在这颗红色星球上的一个小小陨石坑里。

  但是先不要急着惊叹工程学的魅力——仅仅就在迎来好奇号悬降系统在火星成功得到应用的一周年之后,最近美国宇航局加州帕萨迪纳喷气推进实验室(JPL)的工程师们已经开始测试技术更加先进更复杂的飞行控制算法了,这些新的算法将帮助在未来的火星探测计划中达成比以往更加精准的着陆控制。

  此次测试的算法程序名为“燃料优化转移制导算法”,英文缩写“G-FOLD”。该项测试由美国宇航局加州喷气推进实验室的工程师与加州马斯登空间系统公司联合进行,涉及使用该公司研制的XA-0.1B“Xombie”垂发-垂降实验火箭。

  美国宇航局空间技术项目委员会为了方便这样的测试,启动了两个分别名为“革命性技术开发计划”以及“飞行机遇计划”的两个项目,其中后者是由设在加州爱德华兹空军基地的美国宇航局德雷登飞行研究中心负责管理的。这两个涉及空间飞行技术推进的项目相互协调,积极利用民间或商业市场上出现的创新型平台和飞行技术开展测试工作。

  克里斯托佛•贝克(Christopher Baker)是“飞行机遇计划”项目管理人员,他说:“‘飞行机遇计划’会通过积极使用商业市场提供的亚轨道平台和设备进行旨在拓展人类探索疆界并加深对宇宙理解的概念性测试工作,以此支持创新型的空间技术开发以及亚轨道商业飞行技术的发展。”他说:“喷气推进实验室和马斯登空间系统公司在G-FOLD测试方面开展的合作是展现我们希望进一步开拓太阳系探测项目并在此过程中建立并巩固与之相适应工业基础的极好案例。”

  目前美国所使用的,用于飞船降落引导的算法技术源自阿波罗时代。这些算法技术未能考虑对燃料使用的最优化,这极大的限制了着陆器在降落过程中进行自主机动的能力。而由喷气推进实验室开发的新型G-FOLD算法技术将能实时自动生成经过燃料优化的降落轨迹,这将为未来达成精确的行星际着陆提供关键技术支持。行星际精准着陆技术的出现将让未来的自动探测机器人得以抵达目前的技术还无法将其送达的科学考察目的地。而对于未来的载人航天任务也是一样,借助这项技术,我们将可以实现使用最少的燃料消耗达成更高的着陆精度,后续的补给品运输等也将能够更加精确的降落在预定的位置上。

  马斯登空间系统公司于今年7月30日刚刚在莫哈维沙漠航空航天港成功测试了其研制的Xombie新型火箭。目前喷气推进实验室和马斯登空间系统公司正在筹划于8月底进行第二次更加负责情况下的测试,并开展数据分析工作。

  在7月份进行的测试中,为了模拟在火星大气层下降过程中的轨道修正,马斯登公司的Xombie火箭被故意送入了一个错误的降落轨道上,测试工程师们这样做是为了检验其采用的最新型G-FOLD算法的可靠性。结果在火箭沿错误轨迹飞行大约90英尺(约27米)之后,G-FOLD飞控软件检测到错误并自动激活,开始计算轨迹并实时给出修正后的飞行轨道,火箭按照这一指令空中机动超过2460英尺(约合750米),最后准确降落在预定位置上。

  喷气推进实验室的“自动下降-上升受控飞行”测试组组长马丁•莱格(Martin Regehr)说:“这次飞行是一次对搭载新型飞控软件性能的绝好展示。”马斯登空间系统公司是全美7家与美国宇航局之间签署了合同,共同开展亚轨道飞行测试,以进行复杂环境下新概念系统可靠性的亚轨道飞行平台技术供应商之一。

  美国宇航局德雷登飞行中心在开发好奇号使用的“天爪”悬降系统中也参与了部分工作,包括对该系统的降落雷达组件进行了两次发射前的测试,第一次是在2010年进行了直升机抛物实验,第二次是在2011年的6月份,将雷达安装在该中心的F/A-18飞机上进行了测试。

  到目前为止,好奇号已经达成了其预定的主要科学目标,即证明火星古代曾经拥有足以支持微生物生存的宜居环境。着陆一年之后,好奇号已经累计发回超过190G的科学数据,超过3.67万张彩色图片和3.5万张黑白照片,其搭载的激光器共计发射激光脉冲7.5万次,用于地表岩体的成分调查,并进行了数次地表取样分析和化验工作。喷气推进实验室(JPL)隶属于加州理工学院,其由美国宇航局科学任务委员会授命负责好奇号火星探测项目的管理工作。(晨风)

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