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探月工程首席科學家:AI將助嫦娥五號鏟取月壤

“嫦娥五號將軟著陸在月球上,隨後取樣返回。”7月5日舉辦的2019軟件定義衛星高峰論壇上,中國科學院院士、中國探月工程首任首席科學家歐陽自遠表示,月麵取樣返回航天器要發射、降落、取樣,還要回來,會有一大堆技術難題,目前全部被攻克了。

歐陽自遠介紹,嫦娥五號目前實現突破的核心技術包括:運載發射、地月轉移、近月製動、環月飛行、月麵下降、月麵采樣、月麵上升、交會對接、環月等待、月地轉移、軌道分離、再入回收12個部分。

“整體載荷8.2噸,會采用新運載火箭,在海南文昌發射中心發射。”歐陽自遠說。嫦娥五號將實現4個重大突破,即首次在月球表麵自動采樣;首次從月麵起飛;首次在38萬公裏外的月球軌道上進行無人交會對接;首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

此次嫦娥五號的月麵著陸點在月球正麵。“我們選擇的著陸點距離美國‘阿波羅計劃’6次的著陸點有較遠的距離,距離大概1000多公裏之外,那裏會有新的現象、會有新的發現。”歐陽自遠說。

嫦娥五號仍采用軟著陸。軟著陸,實際上是人工智能的自主決策。“探測器非常聰明,它會一直晃來晃去地拍照,琢磨這個地點安全不安全,如果4個點不能在一致的水平麵上,是會翻車的。”歐陽自遠說,它一直在計算、挑剔,邊走邊找,最後作出判斷和決策。

為什麼不拍個照片讓地球上的人確定落在哪呢?“人來不及幫它判斷。”歐陽自遠解釋:一張照片,傳到地球需要1.3秒,收到後再花幾秒鍾判斷“哦,這裏不行,再找”,再次指令傳給它又要1.3秒。

科技日報記者了解到:嫦娥三號的實踐證明,人工智能自主決策的方法能夠做到探測器的四條腿安全地落在一個水平麵上,安全著落。嫦娥四號又根據月球背麵山多的特點做了調整,但都完成了視頻獲取月麵數據、進行自主決策、選擇落月點的任務。

“到了月球以後,探測器會用電鏟鏟取土壤,另外自動打鑽取岩芯。”歐陽自遠說,嫦娥五號的采樣方式是複合式的,搭載了深孔鑽取式采樣器和鏟挖式複合功能采樣器聯合完成采樣。

這一鑽探過程在實驗室進行了反複的試驗。人們對月表下的情況不得而知,很可能遇到堅硬的巨石,也可能是鬆軟的土壤,或者其他礦物質,機器零部件的運動磨損和熱脹冷縮情況都不同,地麵實驗室想象了各種不同的工況,通過模擬月壤情況對嫦娥五號的采樣器進行驗證。

“采樣結束後,它還回不到地球。”歐陽自遠說,它不可能在來到月球時就攜帶足夠返回的燃料。

上升器將在月球表麵進行首次月麵起飛,但隻能進行短距離的飛行。“隻有一個辦法,進入月球後,會有一條‘飛船’在月球空間等候跟它交會對接,並轉移月壤。”歐陽自遠說,它們的對接,將是“針尖”對“針尖”的對接,地球上根本無法提供數據和測控支持。

交會對接的過程需要依靠嫦娥五號自己來完成。嫦娥五號會有一個“大腦”和一雙“眼睛”。測量敏感期像“眼睛”一樣提供精確的信息,嫦娥五號的智能大腦將完成自主控製。

“它們返回地球時,會遇到大氣層的高速摩擦。如果速度太高了,很可能會被燒掉,要想想辦法。”歐陽自遠說,這個辦法和“打水漂”的原理相似,即讓返回艙在大氣層上層彈跳出去再回來,速度下降後再進行大氣層的穿行。相關的返回技術已經得到驗證。我國在2014年發射的探月試驗飛行器,成功驗證了跳躍式彈道技術。

“通過環月衛星探測、月麵軟著陸探測與月球車勘察、月麵軟著陸探測與采樣返回的實施,為我國載人登月和月球基地建設積累經驗和技術。”歐陽自遠總結道,在此基礎上,人類將開啟重返月球的新征程,並孕育出月球科學的新突破,最終形成人類開發利用月球的能力。


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