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有了这个神器,“嫦娥”探月更精准

在最近于上海举办的第21届中国国际工业博览会上,中国科学院展区内一个被放置在玻璃罩里的展品,吸引了众多参观者驻足观看。

这个展品呈深灰色,体量不小,方方正正的,还有个类似镜头的东西伸出来,乍一看有点像老式照相机。据现场的中科院工作人员介绍,它们就是让嫦娥四号“明眸善睐”、精准探月的“太空神器”——“月背软着陆激光导航避障敏感器”,也被称作“激光眼”,是由中科院上海技术物理研究所研制的。

“月背软着陆激光导航避障敏感器”看上去虽然其貌不扬,但是其功能却很强大,这可不是嘴上说说,而是有业绩为证的——它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,曾经成功地保障了嫦娥四号在月背南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑区域安全着陆。值得骄傲的是,中国是第一个用此技术的,类比国际上的设备,主要技术指标均处于国际领先水平。

上海技术物理研究所方面介绍说,他们的研究团队在10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月球。

与嫦娥三号不同,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、30公里至15米高度波动的复杂月背环境,测量准确精度达6厘米。

依据“激光眼”的相关信息,嫦娥四号探测器进行了速度和方向的调整。距离月球100米时,探测器进行了一次成败攸关的悬停,准备利用这个短暂的时间窗迅速了解着陆区域地形,以选取安全的着陆点。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50米×50米的月背着陆区进行高速扫描,在0.25秒内实现了0.2米分辨率的三维地形图像获取。

“激光眼”的成功要素得益于两点:一是快,二是准。研制方介绍说,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。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。

据悉,将来,“激光眼”还会继续为未来的嫦娥五号、嫦娥六号的精准探月保驾护航。此外,这样的激光导航避障敏感器也有望在“上九天”后“接地气”。据透露,目前研发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。

(储棕荷)

文章来源:武大樱花十月开放

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