VR模拟驾驶、会“思考”的火星车……“天问一号”离不开这些让人竖大拇指的设计!
据美国国家航天局月球探测和航天工程中心称,7月23日发射的田文一号火星探测器飞行距离超过800万公里,并成功地进行了轨道修正。然而,对于研究团队来说,困难和关键环节仍然落后,田文一号探测器的测试才刚刚开始。
据专家介绍,目前的飞行是平稳的例行运动,这是相对容易控制的。然而,后续的深空机动、近火刹车等涉及轨道控制的操作才是真正需要面对的困难。
航天科技五院田文一号探测器系统副总设计师贾洋:最关键的环节应该是到达火星后刹车,因为这个机会只有一次。如果在这个过程中有一些错误,实际上就没有回旋的余地了。
此前,美国、苏联等国未能迈出这一步,也未能进入火星轨道,这足以反映出这一刹车的重要性。
成功进入火星轨道后,它将进入相对稳定的轨道飞行阶段。这一阶段将持续大约两个月,根据检测到的信息可以判断是否满足着陆条件。
第五航空航天科技集团研究院火星探测器总设计师王闯:在包围火场的过程中,我们会用周围的高分辨率摄像机拍摄着陆区域,并确认着陆区域是否符合我们的预期。
选择好登陆地点,确定登陆时间,然后进入下一关。火星着陆的过程经常有“七分钟的恐怖”之说。由于通讯的限制,整个着陆过程只能由探测器本身来判断和执行,地面没有时间做任何处理。
第五航天科技研究院田文一号探测器系统副总设计师贾洋:我们可能需要多一点时间,也许九分钟。然后下一辆(火星)车从平台上下来,整个过程相当困难。从那个平台走到火星表面可能需要一个多星期。
只有当火星车在火星表面成功行驶并返回探测数据时,这意味着火星探测任务成功。以前,只有美国探测器成功着陆和巡逻,所以田文一号任务对任仲来说还有很长的路要走。
在火星探测器的开发过程中,该团队还引进了许多新的开发方法。中国空间技术研究院就有这样一个虚拟现实演示系统。它不仅可以恢复火星车的三维设计,还可以模拟火星车在火星表面的行驶状态。
这个虚拟现实环境由四面都有3D效果的大屏幕组成。开发者可以戴上3D眼镜,站在中间,获得身临其境的体验。
我们面前的场景是漫游者的3D设计模拟结果。开发人员不仅可以看到漫游车内部的设计状态和部件分布,还可以提前模拟装配过程,从而降低后期实际装配的风险。
第五航空航天科技集团研究院信息中心副主任赵凌峰:包括当时工人集合是否方便,能否到达。他(主持人)戴着主眼镜,里面有一个传感器来判断用户的方位。例如,当他蹲下时,他可以自动看到以下部分。
此外,研究小组还在该系统中模拟了火星表面的月球车的工作状态。它不仅可以模拟天线展开、太阳翼展开、爬升、转弯等操作,还可以直观地显示未来月球车在火星表面着陆后的实时状态。
第五航天科技研究院信息中心副主任赵凌峰:主要是关于月球车本身的姿态,包括它的位移和角度,包括一些上下行信息,一些未来的信号速率和温度。我们可以用实际的遥测数据更新我们的模型。
这样的地面模拟系统不仅应用于火星探测任务,还应用于北斗、空间站、嫦娥五号等重要空间任务,提高了开发效率,降低了开发成本。
在虚拟现实恢复的火星表面,我们还看到了中国第一辆火星车的大致图像。在设计师贾洋的眼里,它就像一只在火星上行走的“蓝蝴蝶”。那么,这只“蓝蝴蝶”的特征是什么?开发团队对此有什么期望?
田文一号火星探测器的总设计师贾洋。五年前,在完成玉兔月球车的研究任务后,他开始研究月球车。有了玉兔的开发经验,贾洋也对这款火星飞行器寄予了更多的期望。
航天科技集团第五研究院田文一号探测器系统副总设计师贾洋:在设计月球车的时候,我们希望设计出一款功能强大、外形美观的月球车。最后,当我们集中在目前的计划,应该说,至少我的第一反应是,我们得到了一只蓝色的蝴蝶。
不仅外观特别漂亮,而且这款月球车还有许多玉兔月球车以前没有的功能,最突出的特点就是自主性的提高。月球车行驶时,更多的是执行工作人员发出的指令,很少需要自己动脑筋规划路线。现在,由于火星距离地球5500万公里,远达4亿公里,这将给火星车与地面之间的通信带来巨大的挑战。
航天科技集团第五研究院田文一号探测器系统副总设计师贾洋:基本上,我们可以打个比方,我们一天24小时谈两次,一次你告诉我你的情况,一次你告诉我接下来24小时你要做什么。与月球车相比,月球车的自主性有了很大的提高。
此外,鉴于火星表面未知的环境,研究小组还提高了火星车的越障能力,它还可以像螃蟹一样侧向移动。现在,这只蓝蝴蝶正飞往它的最后一个考场,属于贾阳和研究小组的考试刚刚开始。
航天科技集团第五研究院高级工程师权爽:我们一共花了六年两千多天,无数的宇航员付出了大量的辛勤劳动和努力。我希望它会一路顺风,平安到达。
航天科技集团第五研究院火星探测器着陆巡逻供配电子系统总设计师陈艳:长征已经迈出了第一步。我相信我们的整个火星探索任务将会一步一步变得更加激动人心。