【光明日报】青岛科技大学科研团队: 为“天问一号”精准登陆提供导航“路标”

5月15日,天问一号探测器成功实现火星表面软着陆,稳稳落在火星乌托邦平原南部预选着陆区。听到这个振奋人心的消息,参与火星探测器精准着陆自主导航技术相关项目研究的邵巍教授眼里禁不住泛起了泪花——从“天问一号”发射到成功着陆,经历了近300个日夜,真是太不容易了!

邵巍是青科大自主导航与智能控制研究所副所长,也是火星探测器精准着陆自主导航技术相关项目负责人,主要研究方向为深空探测器自主导航、机器视觉、图像处理与智能感知等。

2012年,青科大与清华、北理工等10家单位共同承担了国家973计划项目——“行星表面精确着陆导航与制导控制问题研究”,用了5年时间构建起了一套火星着陆全阶段自主导航与制导方案。邵巍团队承担的是“行星表面特征提取跟踪与快速运动估计方法”子课题,主要负责探测器着陆末端自主视觉导航技术的研究。

“火星与地球距离遥远,单向通讯时间约18分钟。‘天问一号’在火星上的着陆时间是9分钟,着陆过程还存在通讯黑障、大气环境复杂等问题,这就决定了探测器在着陆阶段必须具有自主导航、控制和避障的能力。我们的工作就是找到探测器着陆过程自主导航的方法,确保探测器能够自主、精准、安全着陆。”邵巍介绍说。在邵巍团队研究理论支撑下,探测器利用光学相机获取火星表面图像,精准提取陨石坑、陡坡、沟壑等星表特征作为导航路标,自主分析星表特征与导航信息,调整速度、姿态、位置等,从而实现精准着陆。事实证明,他们提供的“青科大方案”很成功。

深空探测绝非一日之功。青岛科技大学自主导航与智能控制研究所成立于2003年,是国内成立较早的研究深空探测自主导航的高校单位之一,并承担了相关的国家课题。看上去名不见经传的这处研究所,“藏”在青科大自动化与电子工程学院楼内,由邵巍、于镭、曹梦龙、姚文龙等老师以及研究生组成,团队规模有四五十人。

邵巍本科就读于青科大,专业为测控技术与仪器,保研到了控制理论与控制工程专业。他告诉记者,自己与深空的正式结缘,从硕士研究生阶段开启。“2002年深空探测技术与应用科学国际研讨会”在青岛举行,现场聆听激发了他对于深空研究的兴趣,从此一头扎进了相关研究当中,算来至今已经有近20年了。

科研本身是一件枯燥的事,但邵巍和团队却甘之如饴。多年来,他们夜以继日寻找技术突破,最终成功攻克一个又一个难关,邵巍深知这段长路中的五味杂陈。截至目前,邵巍和团队承担国家级项目7项,发表论文60余篇。团队成员姚文龙还获批国防科技进步一等奖一项。

邵巍告诉记者,其他国家在相关领域研究有长期积累,如今中国已经赶了上来。此次实现了环绕、着陆、巡视,是中国航天再次迎来的历史性时刻,让他和团队倍感振奋,他们要铆足干劲,继续在深空探测领域不懈奋斗。

浩瀚宇宙有太多未知等待着探索,这正是深空探索的魅力所在。目前,邵巍带领团队已经转入小天体探测研究,为我国航天事业进一步迈向深空贡献力量。

在今年4月下旬举行的2021年中国航天大会上,中国科学院院士叶培建透露中国小天体探测任务已经进入工程研制阶段。邵巍团队目前承担的国家重点研发项目子课题,就跟我国小天体探测任务有关。“未来我国要进行小行星采样返回任务和彗星绕飞任务,这些小天体具有暗弱、自旋、形状不规则等特性,探测难度大。需要探测器对位置环境进行识别并智能感知,需要探测器自主导航着陆,我们要做的就是解决这些问题。”邵巍告诉记者,团队正进行未知环境的智能感知和自主导航研究,通过算法对小天体的表面特征进行识别、匹配和导航。“预计到2024年,我们将迎来新的探测任务,实现对一颗彗星的绕行,以及一颗小行星的采样返回。”

自从去年“天问一号”成功发射至今,青岛科技大学掀起了一阵深空探测热,经常有热衷于深空天体研究的学生找到邵巍老师请教交流。邵巍团队的2018级研究生赵韩雪,目前正在跟团队进行天体探测研究。她告诉记者,自己研究生期间发表的第一篇论文,便是关于火星着陆的理论研究,感觉所研究的东西赶上了时代,这也激励她更好地投入小天体探测研究,为中国航天事业的发展继续贡献新一代大学生的青春力量。(光明日报全媒体记者 刘艳杰 通讯员 李粟)

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