【摘要】深空探測(cè)是我國(guó)太空戰(zhàn)略的重要組成部分，是繼衛(wèi)星應(yīng)用、載人航天之后的又一航天技術(shù)發(fā)展新領(lǐng)域。傳統(tǒng)基于地面測(cè)控的航天器導(dǎo)航方式在導(dǎo)航精度、實(shí)時(shí)性、覆蓋性、可靠性等諸多方面受到限制，難以滿足深空探測(cè)對(duì)高精度實(shí)時(shí)導(dǎo)航的需求。因此，本文詳細(xì)闡述了深空探測(cè)器新一代自主導(dǎo)航方法及其關(guān)鍵技術(shù)，展望了深空探測(cè)自主導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。最后，分析了在深空探測(cè)不同階段中，自主導(dǎo)航的具體應(yīng)用方案?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著深空探測(cè)活動(dòng)的不斷深入，自主導(dǎo)航技術(shù)將會(huì)得到更大的發(fā)展，并將對(duì)航天技術(shù)本身產(chǎn)生巨大的牽引和帶動(dòng)作用。
【關(guān)鍵詞】深空探測(cè) 自主導(dǎo)航 天文導(dǎo)航 脈沖星導(dǎo)航 圖像匹配
【中圖分類號(hào)】 V11 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2017.05.006
王新龍，北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院教授、博導(dǎo)。研究方向?yàn)樽灾鲗?dǎo)航、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航以及組合導(dǎo)航與信息融合技術(shù)。主要著作有《慣性導(dǎo)航基礎(chǔ)》《捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)、靜基座初始對(duì)準(zhǔn)》《SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)》《GPS接收機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)方法》等。
深空探測(cè)是人類航天活動(dòng)的重要領(lǐng)域，是人類了解太陽(yáng)系和宇宙，進(jìn)而考察、勘探、利用甚至定居其他星球的第一步，是繼衛(wèi)星應(yīng)用、載人航天之后的又一航天技術(shù)發(fā)展新領(lǐng)域。深空探測(cè)對(duì)一個(gè)國(guó)家的科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和軍事應(yīng)用都有無(wú)比重要的作用，已作為衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要特征與標(biāo)志，引起世界各國(guó)的極大關(guān)注。美國(guó)、歐空局、俄羅斯、日本以及印度等世界主要航天大國(guó)都提出了未來(lái)的深空探測(cè)計(jì)劃，要對(duì)各大行星及其衛(wèi)星進(jìn)行載人或無(wú)人探測(cè)。
2007年10月24日，我國(guó)成功發(fā)射嫦娥一號(hào)探月衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了中華民族的千年夢(mèng)想。2013年12月2日，我國(guó)發(fā)射嫦娥三號(hào)探月航天器，它不僅成功地在月球表面實(shí)現(xiàn)了軟著陸，并且還在月球上釋放我國(guó)首輛“玉兔”月球車，對(duì)月面進(jìn)行巡視勘察，獲取月球物質(zhì)成分，發(fā)回?cái)?shù)據(jù)和圖像供進(jìn)一步分析研究。此次探月成功開(kāi)啟我國(guó)航天的新篇章，使我國(guó)成為繼美俄之后第三個(gè)在月球?qū)嵤┨綔y(cè)器成功軟著陸的國(guó)家。2016年11月3日，隨著我國(guó)大型長(zhǎng)征5號(hào)運(yùn)載火箭成功發(fā)射以及其他深空探測(cè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高，我國(guó)已具備探測(cè)火星甚至更遠(yuǎn)太陽(yáng)系行星的能力，正在開(kāi)展以火星、金星、小行星探測(cè)等太陽(yáng)系行星探測(cè)任務(wù)的實(shí)施方案論證。
目前，深空探測(cè)器的導(dǎo)航主要依賴于地球上的深空測(cè)控網(wǎng)進(jìn)行遙測(cè)遙控。由于深空探測(cè)器距地球遙遠(yuǎn)、飛行速度快、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，這種基于地面測(cè)控的導(dǎo)航方法在導(dǎo)航精度、實(shí)時(shí)性、覆蓋性、可靠性等諸多方面受到限制，難以滿足深空探測(cè)對(duì)高精度實(shí)時(shí)導(dǎo)航的迫切需求。自主導(dǎo)航是指不依賴地面支持，而是利用航天器上自備的測(cè)量設(shè)備，實(shí)時(shí)地確定自身位置和速度或進(jìn)行相關(guān)的軌道確定和導(dǎo)航參數(shù)解算。深空探測(cè)器實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航一方面可以克服地面測(cè)控導(dǎo)航在實(shí)時(shí)性、運(yùn)行成本和資源上的限制，增強(qiáng)深空探測(cè)器的自主生存能力；另一方面可與地面測(cè)控相互補(bǔ)充，共同提高深空探測(cè)器的導(dǎo)航精度和實(shí)時(shí)性。因此，深空探測(cè)器自主導(dǎo)航技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注，是當(dāng)今航天科技與應(yīng)用優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是深空探測(cè)器自動(dòng)飛行控制技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。
目前，我國(guó)2030年前深空探測(cè)總體規(guī)劃已經(jīng)完成，第一階段的火星探測(cè)任務(wù)實(shí)施已經(jīng)啟動(dòng)。基于此，本文對(duì)深空探測(cè)器自主導(dǎo)航方法、自主導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展趨勢(shì)以及方案設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行討論與分析。
