NASA测试在复杂地形中稳定着陆的新方法

“新谢泼德”火箭系统于2月4日在飞行测试中着陆。

　　空间导航多普勒激光雷达（PSNDL）系统安装于NASA F/A-18研究飞机右翼下方的吊舱内，于2025年2月在加利福尼亚州NASA阿姆斯特朗飞行研究中心附近的死亡谷上空进行飞行测试。

　　NASA戈达德飞行研究中心开发的危险探测激光雷达旨在从飞行器上快速绘制行星表面地图，以实现精确着陆，该雷达于2025年3月在NASA肯尼迪航天中心的一架直升机上进行了测试。

　　作为2025年4月和5月一系列系留和自由飞行测试的一部分，圣地亚哥州立大学开发的算法引导了Xodiac着陆器试验台的下降。　　开发新的地外探测和精确着陆技术，以帮助未来太空任务成功实现安全软着陆，是太空技术研发的一个关键领域，尤其对于未来的载人任务而言。为此，美国国家航空航天局（NASA）空间技术任务理事会（STMD）在近期对各种飞行器进行飞行测试，帮助研究人员快速推进这些关键系统，以用于月球、火星及更远的太空任务。　　这些飞行测试直接解决了NASA 一些排名靠前的技术需求或问题，涵盖了从先进的制导算法和地形相对导航到基于激光雷达和光学技术的危险探测与测绘等技术。　　自今年年初以来，STMD已支持来自NASA、大学和商业界等多个领域的4种精确着陆和危险探测技术的飞行测试。这些解决方案已搭载于亚轨道火箭系统、高速喷气式飞机、直升机和火箭动力着陆器试验台上进行飞行测试。这意味着在4个月内，4种不同的飞行器已对4种精确着陆技术进行了测试。　　通过在地球上以与航天相关的轨迹和速度对这些技术进行飞行测试，展示了相关能力，并用真实数据对其进行验证，以便将技术从实验室转化为实际应用。这项工作也向工业界和合作伙伴表明，相关能力已准备好用于开发下一代月球和火星着陆器。基于视觉的导航系统亚轨道火箭测试　　识别地标以计算精确的导航方案是德雷帕公司（Draper）多环境导航系统（DMEN）的一项关键功能，DMEN是一种基于视觉的导航和危险检测技术，旨在提高月球着陆的安全性和精度。　　DMEN搭载在蓝色起源公司的“新谢泼德”可重复使用亚轨道火箭系统上，收集了真实世界数据并验证了其算法，以便在NASA商业月球有效载荷服务（CLPS）计划中，为3个NASA有效载荷的运送提供改进。2月4日，DMEN进行了由NASA“飞行机遇计划”（Flight Opportunities）支持的一系列测试中的最新一次，该计划由位于加利福尼亚州爱德华兹的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心管理。　　在2月份的飞行中，DMEN系统以火箭速度进行上升和下降测试，扫描了下方的地球，识别了地标，从而计算出精确的导航方案。该技术达到了一定的精度，有助于德雷帕公司将其应用于地形相关导航，而地形相关导航是登陆其他行星的关键要素。高速喷气式飞机对基于激光雷达的导航进行测试　　Psionic公司的空间导航多普勒激光雷达（PSNDL）在不同高度、速度和方向上收集导航数据，并进行了数次高动态机动和飞行路径测试。　　Psionic公司获得了NASA在弗吉尼亚州汉普顿兰利研究中心开发的导航多普勒激光雷达技术的授权，并自主研发了一套功能更强大、组件冗余度更高的微型系统，使其在航天飞行中更加坚固耐用。今年2月，PSNDL连同全套导航传感器套件被安装在一架F/A-18“大黄蜂”战机上，并在NASA阿姆斯特朗基地进行了飞行测试。　　该飞机在几天内沿多种飞行路径飞行，包括在加利福尼亚州死亡谷上空进行一个大型8字形环路飞行和数次高动态机动。在这些飞行过程中，PSNDL收集了与月球和火星登陆及降落相关的导航数据。　　高速飞行测试验证了该传感器在挑战性条件下的精度和导航精度，有助于为机器人和宇航员登陆月球和火星做好准备。这些近期测试是对此前“飞行机遇计划”支持的着陆器试验台测试的补充，旨在推进PSNDL原型的早期版本。实时测绘激光雷达直升机测试　　NASA戈达德太空飞行中心的研究人员开发了一套先进的危险探测激光雷达（HDL）传感器系统，该系统可在高速下降的飞行器上快速测绘表面，从而在诸如木卫二（木星的卫星之一）、月球、火星以及太阳系其他行星等具有挑战性的地点找到安全的着陆点。HDL扫描激光雷达实时生成三维数字高程图，处理约1500万个激光测量值，仅需两秒即可绘制两个足球场大小的地形图。　　3月中旬，研究人员在NASA位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心的一架直升机上测试了HDL，飞行地点类似月球，布满岩石和陨石坑。HDL从多个不同高度和视角收集了大量扫描数据，以模拟各种着陆场景，并生成实时地图。初步数据审查表明HDL系统性能卓越。　　HDL是NASA“安全精确着陆—综合能力演进”（SPLICE）技术套件的一部分。SPLICE下降着陆系统集成了多种组件技术，例如，航空电子设备、传感器和算法，使其能够在难以到达且具有高度科学意义的区域着陆。HDL团队还在继续测试和进一步改进该传感器，以期为未来的飞行和商业应用做好准备。动力下降制导软件着陆器测试　　圣地亚哥州立大学（SDSU）的动力下降制导算法旨在以最少的推进剂消耗提供精确的着陆制导能力，从而提高自主航天器的精确着陆和避险能力。在4月和5月由NASA“飞行机遇计划”支持的一系列飞行测试中，该大学的软件通过Falcon Exo Dynamics 开发的硬件集成到Astrobotic的Xodiac亚轨道火箭动力着陆器中，该硬件是NASA“技术飞跃奖”夜间精确着陆挑战赛的一部分。　　SDSU算法旨在通过扩展动力下降制导系统的灵活性和轨迹塑形能力以及提高推进剂效率来提升着陆能力。这些算法有可能应用于载人和机器人登月任务以及大质量火星任务。　　通过频繁的飞行测试来推进这些和其他重要的导航、精确着陆和危险探测技术，NASA空间技术任务理事会正在优先考虑未来太空任务在具有挑战性的行星环境中安全、成功地着陆。 （高飞）