小天体着陆自主导航与控制获得新进展

探测小天体是近年来各种空间大国竞相开展的空间活动之一。目前，美国宇航局的奥西里斯-雷克斯任务和日本的隼鸟2号任务正在全面展开。中国还计划在不久的将来开展一系列小天体探索活动。

最近，北京科技大学教授崔平原在《航空航天进展》杂志上发表了一篇论文，该杂志在国际航天领域排名第一。基于当前新兴的智能技术和未来任务日益增长的精度要求，该小组从自主性和安全性方面预测了小物体着陆技术的发展方向。本文旨在为小天体的不确定环境、复杂的非线性动力学模型以及下降过程中的紧急情况等急需解决的工程问题提供解决方案，并为进一步的科学研究提供方向。

小物体探测目标包括太阳系中的小行星和彗星，探测任务的类型主要是飞越、轨道、撞击、着陆和样本返回。其中，着陆任务是对小天体内部成分进行原位探测、收集和分析不可缺少的先决条件。然而，与月球和火星相比，小天体体积小、质量分布不均匀、引力场弱、自旋状态复杂、形状不确定，给探测器的安全准确着陆带来巨大挑战。

经过多年的不懈努力和在实际工作中的成功应用，这一领域取得了很大进展。崔平原团队根据国家未来空间任务的要求和“深空973”项目的研究成果，对现有的小天体着陆和采样返回任务进行了分类，总结了着陆任务和采样返回任务对导航控制精度和着陆误差的要求，以及为实现任务目标所使用的具体导航传感器、状态估计算法、制导控制方法和相应的执行器。

同时，文章重点研究了小目标任务中缺乏先验信息、复杂动态环境和与地面的严重时延三个技术问题。从未知环境下的自主导航技术、复杂动力学中的制导与控制技术以及紧急情况下的安全策略三个方面对国内外的技术研究进行了比较和分析。重点介绍了新概念和新方法的原理，如可观测性优化、安全因素着陆点选择、基于碰撞概率的避障、轨迹曲率制导及其在提高任务安全性方面的优势。对相关从业人员快速全面了解当前小物体着陆技术的发展趋势具有指导意义。

崔平原表示，未来的小天体探测任务还应该从自主学习和更新环境参数、建立精确的系统模型、提高机载决策能力、建立高性能着陆平台等方面入手。开展进一步的研究和技术突破，以实现更加智能和高效的深空探测目标。

先进的自主导航、制导和控制技术可以将探测器送到遥远的恒星海，扩大人类可以到达的空间范围，帮助人类更好地了解自己，了解宇宙的演化，并寻找外星生命崔平原说道。

本文的第一作者是北京工业大学博士生葛。这篇文章是该团队自2017年以来在《航空航天科学进展》杂志上发表的第二篇评论文章。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2019.06.002