“小团队”做出“大科研” 青岛科技大学为“天问一号”技术护航
□本报记者 薄克国
本报通讯员 李 粟
7月23日12时41分，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器在中国文昌航天发射场成功发射，开启了壮美的火星之旅，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。
在这次任务中，青岛科技大学作为山东省唯一一所参与火星探测任务的单位，为“天问一号”探测器精准、安全着陆提供技术护航。
在青科大自动化与电子工程学院楼内，“藏”着一个并不知名的研究所。这就是承担火星探测器精准着陆自主导航技术研究基础的主体——自主导航与智能控制研究所。
研究所成立于2003年，是国内较早研究自主导航的高校单位。其中由邵巍、于镭、曹梦龙、姚文龙等老师组成的团队，从2012年起，用了近5年的时间，参与完成了我国首个专注于深空探测的国家重点基础研究发展计划（973计划）。
这个由北京理工大学、北京控制工程研究所、北京航空航天大学、青岛科技大学、哈尔滨工业大学、清华大学等10家单位共同承担的研究项目“行星表面精确着陆导航与制导控制问题研究”，就是要确保探测器通过自主导航进行安全、精确地着陆，为我国火星探测计划的实施奠定技术理论基础。
研究所副所长、项目负责人邵巍教授表示，青岛科技大学承担的项目子课题——“行星表面特征提取跟踪与快速运动估计方法”，主要针对火星着陆末端，利用地表图像进行特征提取跟踪并进行视觉自主导航。团队的研究成果“曲线特征匹配光学导航技术”得到了原国家航天局局长栾恩杰院士及我国探月工程总设计师吴伟仁院士等专家的认可，为我国首次火星探测过程中着陆方案的论证及设计提供了有力的技术支撑。
自主导航与智能控制研究所执行所长于镭介绍，2004年成立了中国宇航协会深空探测技术专业委员会，召集了部分高校和航天系统研究所等研究机构共同开展相关研究，青岛科技大学从最初就参与其中。研究所在该领域已经进行了近20年的探索，目前团队还承担着国家重点研发计划项目的子课题，开展小行星探测的前期研究工作，努力为今后的小行星探测实现技术方面的突破。
青岛科技大学的技术成果主要作用于探测器着陆阶段，这是整个火星探测任务最为关键的阶段之一，直接决定了探测任务的成功与否。
火星探测器着陆过程中，大气环境十分复杂，动力学环境也存在不确知等情况，进行实时高精度导航极为困难。火星与地球距离遥远，探测器与地球之间的通信存在至少10分钟的时间差。这意味着，探测器着陆时可能与地球“失联”，一旦失去控制就将撞毁在火星表面。这就要求探测器在着陆阶段必须具有自主导航、控制和障碍规避的能力。
“利用地表图像进行特征提取跟踪，并进行自主导航是完成火星自主、精确、安全着陆任务要解决的关键技术问题。”邵巍介绍，青岛科技大学的技术实现了让探测器利用地表图像进行特征提取、跟踪，并据此完成着陆段自主视觉导航。这不仅是完成着陆器自主导航的重要手段，也将在很大程度上解决我国行星探测自主、安全、精确着陆任务的关键技术问题。
在他们的研究理论支撑下，探测器在着陆段可以利用光学相机获取火星表面图像，并提取星表特征点、陨石坑、山脊、沟壑等作为导航陆标，通过跟踪这些特征并结合惯性导航信息，可以对自己的位置、速度、姿态等进行估计，从而完成精确着陆。
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