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小行星“班努”上的巨石将作为NASA“奥西里斯-雷克斯”探测器着陆采样的信标
2020-03-29
 
[据每日航天新闻网2020年3月10日报道]NASA“奥西里斯-雷克斯”探测器将采用新的导航技术“自然特征跟踪”(NFT)引导探测器到达小行星“班努”的表面。探测器在下降过程中对小行星的表面特征进行实时成像,然后将这些图像与机载图像目录进行比较;随后探测器使用这些地理标记来确定自身的方向,并准确地瞄准采样点,执行“接触即分离”采样活动。


今年夏天,“奥西里斯-雷克斯”探测器将进行NASA的首次尝试,尝试接触小行星表面,收集样品,然后安全返回。但是自从一年前到达小行星“班努”,任务团队就一直在应对一个意想不到的挑战:如何在一个表面覆盖着建筑大小石块的小行星上完成这一壮举。利用这些危险的巨石作为路标,任务团队开发了一种新的精确导航方法来克服这一挑战。


“奥西里斯-雷克斯”团队原本计划在“接触即分离”(TAG)采样期间使用激光雷达(LIDAR)系统导航到“班努”表面。LIDAR类似于雷达,但它使用激光脉冲而不是无线电波来测量距离。“奥西里斯-雷克斯”制导、导航与控制(GNC)LIDAR的设计目的是将探测器器导航到一个相对安全的表面。该任务最初设想的着陆点直径为50米,但“班努”最大的安全区域要小得多。最大的区域只有16米宽,大约是安全区域的10%。该团队意识到,他们需要一种更精确的导航技术,使探测器能够精确地瞄准非常小的地点,同时避开潜在的危险。


面对这一挑战,“奥西里斯-雷克斯”团队转向了一种名为自然特征跟踪(NFT)的新导航方法。与LIDAR相比,NFT提供了更广泛的导航能力,是执行该团队所称的“靶心TAG”的关键,将指引探测器到更小的采样区域。作为一种光学导航技术,它需要在探测器上创建一个高分辨率的图像目录。


今年早些时候,探测器在指定的“夜莺”和“鱼鹰”主要和备用样品采集点上空进行了侦察,飞行高度距离表面625米。在这些飞行中,探测器从不同角度和照明条件下收集图像,以完成NFT图像目录。该团队使用这个目录来识别样品地点区域特有的巨石和陨石坑,并将在样品收集活动之前将这些信息上传到探测器器。NFT通过比较机载图像目录和在下降过程中拍摄的实时导航图像,自动引导探测器下降到“班努”表面。当探测器下降到表面时,NFT根据探测器相对于地标的位置更新其预测的接触点。


在地面上,团队成员为“夜莺”和“鱼鹰”地点创建了“危险地图”,以记录所有可能危害探测器的表面特征,比如大岩石或陡峭的斜坡。该团队将图像目录与来自“奥西里斯-雷克斯”激光高度计(OLA)的数据结合起来,创建了严密模拟“班努”地形的3D图。作为NFT的一部分,这些地图记录了巨石的高度和陨石坑的深度,并引导探测器远离潜在的危险,同时瞄准一个非常小的地点。在下降过程中,如果探测器预测它将会接触到不安全的地形,它将会自动离开表面。然而,如果它看到该地区没有危险,它将继续下降,并试图收集样品。


NFT将在4月份的第一次样品采集预演中用于探测器导航。运营团队在2019年底的轨道B任务阶段进行了初步测试,结果表明NFT在实际条件下是可行的;NFT也将在6月的第二次演习中用于导航。“奥西里斯-雷克斯”的第一次样品采集尝试定于8月下旬进行。该探测器将于2021年离开“班努”,并计划于2023年9月将样品送到地球。(中国航天系统科学与工程研究院  李虹琳)

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