萬眾矚目的嫦娥三號任務(wù)中，激起人們巨大好奇心的有兩大看點：探測器在月球安全軟著陸，以及釋放出月球車在月球表面進行巡視探測。

嫦娥三號月球軟著陸是中國航天器首次降落在地球以外的天體，月球車的行走和探測，也是首次遠隔38萬公里的距離在地球遙控完成。

具體來講，探測器軟著陸月面后，著陸器和月球車分離。此后，將在月面巡視3個月之久的月球車由地面控制，這也就是挑戰(zhàn)的另一個難點“巡視器的遙操作”，要完成月球車月面探測階段的月面地形建立、視覺定位、路徑規(guī)劃等遙操作任務(wù)。

這些都給測控通信系統(tǒng)應(yīng)急處置能力和飛行控制精度帶來了巨大而又前所未有的挑戰(zhàn)，對天地協(xié)同互動控制提出了極高的要求。

計算精度要求高飛控環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣

空間探測器進行深空航行，必須通過測控通信系統(tǒng)才能和地球聯(lián)系并互動，測控通信系統(tǒng)好比是一根“風(fēng)箏線”，能精確定位探測器的位置，了解其工作狀態(tài)，同時還可以發(fā)送指令告訴它要干什么。

和以往嫦娥一號和嫦娥二號任務(wù)不同，嫦娥三號在近月制動、15公里降軌、動力下降等過程中，地面的控制都是一次性完成，沒有可逆的機會，也就是說，對每次控制的計算，要非常精確。

北京航天飛行控制中心專家介紹說，嫦娥三號的奔月、環(huán)月、落月和登月等飛控環(huán)節(jié)是環(huán)環(huán)相扣的。嫦娥三號探測器從入軌、奔月、近月制動轉(zhuǎn)移到100公里圓軌道，從100公里圓軌道轉(zhuǎn)移到15×100公里軌道，再從15公里近月點開始動力下降到月面，每一步控制都要考慮到對后一步控制的影響，為后續(xù)環(huán)節(jié)創(chuàng)造好的條件。比如，在計算嫦娥三號降軌到15×100公里月球軌道控制參數(shù)的時候，不僅要滿足變軌后的目標(biāo)軌道要求，還要滿足4天之后動力下降開始點的經(jīng)度、緯度、高度和速度的要求以及著陸點的狀況，這對控制策略的計算提出了很高的要求。

以往，測控系統(tǒng)主要是對航天器進行有規(guī)律飛行的控制——知道當(dāng)前點的位置，就能推到幾天之后在哪，可以把控制計劃精確安排到幾點幾分幾秒。但對月球車在月面工作而言，遙操作完全是另外一種模式。測控系統(tǒng)只能根據(jù)實時“看到”的現(xiàn)場情況，再將決策付諸行動，有點像“看一步，走一步”。

月球車遙操作十分復(fù)雜，月球車上的相機先拍攝月球車所處的環(huán)境，測控系統(tǒng)再根據(jù)月球車實時傳輸?shù)膱D像，恢復(fù)出三維數(shù)字月面地形環(huán)境，并進行路徑規(guī)劃，對行走和探測路線做出決策和控制。專家說，許多動作都需要依靠地面的精密規(guī)劃，月面地形、光照條件、電池用量、月球車溫度都是規(guī)劃中需要考慮的因素。

精細定位難度大月球車采用視覺定位

為實現(xiàn)月球車月面行走和科學(xué)探測，測控通信系統(tǒng)進行了技術(shù)創(chuàng)新，尤其是在遙操作月球車進行月面巡視和勘察過程中，用到了高精度月面視覺識別、月面巡視動態(tài)規(guī)劃、視覺定位技術(shù)路徑規(guī)劃、機械臂運動控制和虛擬現(xiàn)實操作與控制等新技術(shù)。

據(jù)專家介紹，遙操作月球車有個特點，對測控系統(tǒng)來說，將首次依靠“視覺”來完成定位工作。以往的探月任務(wù)中，測控通信基本上都是靠無線電定位，通過無線電信號來獲取位置信息測量數(shù)據(jù)。由于這次月球車在月面的最大移動速度也就是每小時幾百米，靠無線電測量無法達到精細定位。月球車離開著陸器多遠，處于什么環(huán)境，主要靠視覺定位技術(shù)來確定。也就是利用月球車攜帶的多臺相機拍攝圖像，然后實時傳到地面快速處理，恢復(fù)月球車所在的地形環(huán)境。地面遙操作人員將依據(jù)月球車周邊環(huán)境的立體圖像，根據(jù)探測目標(biāo)進行路徑規(guī)劃和移動控制，包括抵達目標(biāo)后規(guī)劃遙控機械臂進行探測。大概的過程就是地形建立、視覺定位、路徑規(guī)劃和機械臂規(guī)劃。

在地面人員動態(tài)規(guī)劃月球車到達探測目標(biāo)的最優(yōu)路線時，不僅要考慮到路徑長短，還要結(jié)合能源消耗、途中障礙、陽光照射等因素綜合考慮，最終要控制月球車安全行走到目標(biāo)前面，并且展開長達80厘米的機械臂，對目標(biāo)進行厘米級精度的探測。在遙遠的地月之間，加上幾秒的通信延遲，要實現(xiàn)如此精細的控制，風(fēng)險和挑戰(zhàn)可說是前所未有。