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标题: 美国又要抄作业了：月球着陆器山寨嫦娥三号，事关登月成败 [打印本页]

作者: 王骜蓝 时间: 2023-2-11 03:33
标题: 美国又要抄作业了：月球着陆器山寨嫦娥三号，事关登月成败
本年是美国探月大年，卡纳维拉尔角LC-39B发射台现在正矗立着一枚SLS重型运载火箭，它将联手猎户座飞船实行阿尔忒弥斯一号无人环月任务，虽然目前这枚火箭仍旧在发射台上“挣扎”，但还是祝它好运。

实行阿尔忒弥斯一号任务的SLS重型火箭
除此之外，按照年初计划，本年下半年还将有两次无人登月任务，分别是宇宙机器人公司的“游隼任务一”与机器视觉公司的“直觉机器任务一”。
进入21世纪以来，嫦娥探月工程先后实行了包括嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥五号T1、鹊桥中继星、嫦娥四号、嫦娥五号总计7次服务月球任务的探测器（还有一颗哈工大的龙江二号绕月小卫星），包括三次登月与一次月球采样返回，载人航天工程与探月工程在月球表面的大会师也将是将来8年内我们要做的事情，种种究竟表明我们已经成为引领人类21世纪探月的先锋力量。

嫦娥三号着陆器

嫦娥四号着陆器

嫦娥五号月面采样作业
让我们引领人类，这是大洋彼岸无论如何也难以担当的，因此NASA推出了阿尔忒弥斯载人重返月球计划，在此计划内还有商业月球有用载荷服务计划，该计划包括一系列无人月球探测器，游隼任务一与直觉机器任务一就属此列，旨在为载人重返月球探路。

游隼任务一着陆器
游隼任务一受限于火神半人马座火箭的不确定性，发射延期的可能性很大，因此“直觉机器任务一”将负担起“美国时隔半个世纪后重新规复登月能力”的历史重任。
实行直觉机器任务一的“新星-C着陆器”将山寨嫦娥三号系列着陆器使用的激光三维成像敏感器技能，嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号三次任务创造的100%登月乐成率的实践表明，该技能是新世纪月球探测领域的核心技能。

实行“直觉机器任务一”的“新星-C着陆器”
一个鲜少有人注意到的情况是，美国至今尚未真正掌握探测器自主安全着陆月球的能力，半个世纪前他们曾实行过两大登月计划，分别是勘测者计划与阿波罗登月计划，前者是无人登月，后者是有人登月，两个计划均未应用自主避障技能。
没有自主避障技能，怎么登月？人类早期无人探测器登月均需选择大片开阔平展的月面着陆，这些探测器进入下降步伐后，所能做的就是根据高度、速率等信息修正弹道，然后沿着既定弹道一头扎下去，能不能乐成全凭运气，大片平展开阔的月面则一定程度进步了“登月乐成的概率”，以勘测者计划为例，总计实行了7次登月任务，此中有2次失败，乐成率约70%。

在阿波罗载人登月计划之前实行的“勘测者计划”，图为勘测者着陆器模型。
阿波罗计划作为载人登月计划，对安全性的要求更高，如果相沿勘测者系列着陆器的控制技能后果是不堪设想的，然而那一时期人类并没有掌握自主避障技能，怎么办？这时候就要发挥“人”的作用。
“人工智能”是时下很热门的一个科学技能领域，听起来很高大上，但它实在是自动化技能的一个分支，目前人工智能只能在极个别领域逾越人类，但其综合能力隔断“人”的智能仍有很大差距，“人”的作用与价值在任何时候都不能被忽视，这也正是阿波罗计划得以乐成的关键所在。
阿波罗登月飞船会在下降弹道中由宇航员根据月球地貌确认导航点，从而确保飞行弹道的精确，在着陆末段宇航员具备手控飞船能力，可对障碍物进行人工干预条件下的规避。
比如实行初次登月任务的阿波罗11号鹰号登月舱，在隔断月面不到1分钟航程的时候，宇航员发现着陆点是一个环形坑，如果不接入手控步伐，了局就是撞向环形山。

阿波罗11号登月舱差点撞到的环形山
再比如，阿波罗12号直接降落在了隔断勘测者3号无人探测器仅163米处位置，实现了定点着陆。

宇航员现地拍摄的勘测者3号无人探测器，远处是阿波罗12号登月舱。
还有阿波罗13号奇迹般的天地大营救办法，如果这是一艘无人飞船，以当时的技能水平而言，是无法有太多作为的，上述种种皆因发挥了“人”的作用。
今世航天发挥“人”的作用的案例也比比皆是，比如载人空间站正是发挥了航天员的在轨照料作用，人类才得以在宇宙空间每年开展数以千计的大规模科学实验工作；为了确保飞船乐成对接空间站，不论是载人飞船还是无人的货运飞船，它们都有自动交会对接功能，但都必须同时具备手控交会对接功能，后者是确保安全的托底手段。

航天员刘旺操控神舟九号与天宫一号对接，目标在于验证手控交会对接技能。
然而，科学技能始终是向前发展的，发展的目标就是进步效率，在重视“人”的同时也一定要增强自动化能力。
在漫长的月球探测史中，除载人登月外的所有无人登月探测器皆为“盲降”，直到8年多前嫦娥三号彻底终结了“盲降”历史。
嫦娥三号在着陆下降过程中，一系列测距与测速敏感器实时获取速率、隔断信息，进而生成控制指令，控制变推力发动机调解航向，整个降落过程可分为主减速段、快速调解段、避障段三大阶段。

嫦娥三号在主减速段拍摄的影像
“主减速段”启动7500N轨控发动机消减探测器飞行速率，“快速调解段”用于衔接主减速段与避障段，在此阶段轨控发动机低落推力，并快速进行姿态机动，趋近于垂直，“避障段”采取接力避障模式，细分为靠近段、悬停段、避障段、缓速下降段。

嫦娥三号登月之“快速调解段”
进入靠近段，探测器对主着陆区成像，识别大型障碍物进行粗避障。当探测器来到隔断月面100米左右高度时进行悬停成像，并自主快速选定安全着陆点，之后探测器进入到避障段，该阶段被称为“精避障”，当探测器来到着陆点上空30米高度进入缓速下降段，当探测器隔断月面约2至4米高度时，发动构造机，探测器最后的着陆能量由着陆腿吸收。

嫦娥三号悬停段降落相机成像
此中一项关键技能的应用就在悬停成像段，此阶段探测器启用“激光三维成像敏感器”对着陆区进行三维精确成像，并基于“安全半径螺旋搜刮算法”实现快速遴选着陆点，有用办理了登月安全性的题目，这就是美国直觉机器公司的“新星-C着陆器”要山寨的技能。

激光三维成像
继续嫦娥探月衣钵的天问一号火星探测器更是依附激光三维成像技能乐成登岸火星，让一步实现火星绕落巡的梦想得以实现，这活着界上是初次。就在前不久，国际宇航团结会将本年的世界航天奖颁给了天问一号火星探测团队。

天问一号登岸火星“激光三维成像”

美国“新星-C着陆器”在登月末段也有“激光三维成像”环节
从前都说我们是“山寨大国”，而如今又进入到了一个“反向山寨”的新阶段。比年来，大洋彼岸山寨我们的案例可以说是越来越多，在航天领域之外，还有其新一代大型驱逐舰“DDG（X）”山寨055万吨大驱。

上图：055万吨大驱；下图：DDG（X）。
山寨的实质是引进、消化、吸收、再创新过程中的学习环节，关键在于终极是否掌握核心技能。
核心技能要不来、买不来、讨不来，掌握核心技能是把握将来的关键，而能孕育核心技能的沃土更是关键中的关键。曾经大洋彼岸有过如许一片沃土，现在他们那片沃土的养分正伴随着“产业空心化题目”日渐枯竭，如今虽不乏有SpaceX如许的新星，但马斯克的一己之力终归是有限。

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