以往,測控系統主要是對航天器進行有規律飛行的控制——知道當前點的位置,就能推到幾天之后在哪,可以把控制計劃精確安排到幾點幾分幾秒。但對月球車在月面工作而言,遙操作完全是另外一種模式。測控系統只能根據實時“看到”的現場情況,再將決策付諸行動,有點像“看一步,走一步”。
月球車遙操作十分復雜,月球車上的相機先拍攝月球車所處的環境,測控系統再根據月球車實時傳輸的圖像,恢復出三維數字月面地形環境,并進行路徑規劃,對行走和探測路線做出決策和控制。專家說,許多動作都需要依靠地面的精密規劃,月面地形、光照條件、電池用量、月球車溫度都是規劃中需要考慮的因素。
精細定位難度大月球車采用視覺定位
為實現月球車月面行走和科學探測,測控通信系統進行了技術創新,尤其是在遙操作月球車進行月面巡視和勘察過程中,用到了高精度月面視覺識別、月面巡視動態規劃、視覺定位技術路徑規劃、機械臂運動控制和虛擬現實操作與控制等新技術。
據專家介紹,遙操作月球車有個特點,對測控系統來說,將首次依靠“視覺”來完成定位工作。以往的探月任務中,測控通信基本上都是靠無線電定位,通過無線電信號來獲取位置信息測量數據。由于這次月球車在月面的最大移動速度也就是每小時幾百米,靠無線電測量無法達到精細定位。月球車離開著陸器多遠,處于什么環境,主要靠視覺定位技術來確定。也就是利用月球車攜帶的多臺相機拍攝圖像,然后實時傳到地面快速處理,恢復月球車所在的地形環境。地面遙操作人員將依據月球車周邊環境的立體圖像,根據探測目標進行路徑規劃和移動控制,包括抵達目標后規劃遙控機械臂進行探測。大概的過程就是地形建立、視覺定位、路徑規劃和機械臂規劃。
在地面人員動態規劃月球車到達探測目標的最優路線時,不僅要考慮到路徑長短,還要結合能源消耗、途中障礙、陽光照射等因素綜合考慮,最終要控制月球車安全行走到目標前面,并且展開長達80厘米的機械臂,對目標進行厘米級精度的探測。在遙遠的地月之間,加上幾秒的通信延遲,要實現如此精細的控制,風險和挑戰可說是前所未有。
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