AstroNav
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Artist rendition of two Capstone 2 in space above the Moon.
Artist rendition of two Capstone 2 in space above the Moon.
A spacecraft with wide solar panels travels along a teal trajectory path in space, positioned between a large, cratered Moon on the top left and a small, reddish planet in the distant background.
A spacecraft with wide solar panels travels along a teal trajectory path in space, positioned between a large, cratered Moon on the top left and a small, reddish planet in the distant background.
AstroNav
A spacecraft with extended solar panels travels along a curved blue trajectory through deep space, with dotted lines connecting it to distant star targets in the background.
A spacecraft with extended solar panels travels along a curved blue trajectory through deep space, with dotted lines connecting it to distant star targets in the background.
AstroNav
A minimalist, pale green line-art graphic of three superimposed sine waves with varying amplitudes along a horizontal baseline against a dark background.
A minimalist, pale green line-art graphic of three superimposed sine waves with varying amplitudes along a horizontal baseline against a dark background.
A minimalist, pale green line-art graphic of a digital circuit board.
A minimalist, pale green line-art graphic of a digital circuit board.
Artist rendition of two Capstone 2 in space above the Moon.
Artist rendition of two Capstone 2 in space above the Moon.
AstroNav
Minimalist vector illustration of a satellite emitting a downward blue beam and a horizontal orange beam against a black background.
Minimalist vector illustration of a satellite emitting a downward blue beam and a horizontal orange beam against a black background.
AstroNav
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内容提要
AstroNav 是一项旨在实现航天器自主导航的技术演示,使航天器能够实时确定自身位置并规划轨道。该系统将通过 NASA 的 CAPSTONE 02 任务在月球轨道进行验证,从而减少对地球地面站的依赖。

原文全文译文

为探索月球(Moon)、火星(Mars)和深空(deep space)的自给自足型航天器实现实时(real time)、自主导航。

任务类型

技术演示

合作伙伴

喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)

状态

研发中

目的地

月球轨道(lunar orbit)

简介

AstroNav 仪器代表了深空探测领域的一次代际飞跃,它将航天器从依赖地球(Earth)指令的遥控载具,转变为能够立即对环境做出反应的自给自足型探测器。

通过在航天器上直接实现实时导航更新,AstroNav 旨在使独立的航天任务(space mission)成为可能。AstroNav 将作为一项技术演示,在美国国家航天局(NASA)的 CAPSTONE 02 任务中验证其能力,该任务计划于 2027 年末发射,目的地为月球轨道。

图注:NASA CAPSTONE 02 航天器在月球轨道运行的艺术渲染图。该任务包含两颗相同的微型航天器,将进一步成熟相关技术,以支持阿尔忒弥斯(Artemis)计划、月球基地和深空探测。

Terran Orbital

为何现在要构建 AstroNav?

人类正在进入一个分布式探测的新时代——月球基地、小行星(asteroid)任务、行星(planet)轨道器和深空探测器(space probe)正在同时运行。

随着通信网络变得拥挤,任务推进得越来越远,实时自主性变得至关重要。AstroNav 代表了迈向自给自足型航天器的下一步,它们能够即时进行导航更新,从而支持对月球、火星及更远区域的可持续空间探测(space exploration)。

图注:这张艺术渲染图展示了一艘航天器在前往深空的途中,围绕月球自主导航。未来,复杂的任务将需要在不依赖地球操作员指挥的情况下,做出实时导航决策。

NASA/JPL-Caltech

问题所在

目前的深空任务严重依赖基于地球的导航,需要与地面站(ground station)保持近乎持续的通信,并需要庞大的团队来确定航天器的位置。

这种依赖性限制了对遥远天体的探测,阻碍了航天器的自主性,由于涉及巨大的距离,造成了不必要的延迟,并显著增加了操作成本和复杂性。AstroNav 通过使航天器能够实时确定并控制其自身轨道(无需来自地球的持续更新)消除了这一瓶颈。它减少了延迟,提高了任务安全性,并允许航天器编队在即使超出地球通信范围的情况下也能独立运行。

图注:该图表显示了当前的航天任务如何依赖与地球的双向无线电通信,这导致了决策延迟并增加了运营成本。

NASA/JPL-Caltech

解决方案

解决方案就是 AstroNav,这是一种星载自主导航系统,使航天器能够在不完全依赖地球的情况下,知道自己身在何处并控制其航向。

通过结合先进算法和来自多个来源的传感器数据,AstroNav 可以实时计算航天器的位置和速度,并设计机动方案以引导其到达目标。这消除了对深空探测网(Deep Space Network)进行常规更新的关键依赖,使任务能够对新情况做出即时反应,节省通信带宽,并即使在与地球的联系延迟或中断时也能安全运行。本质上,AstroNav 将航天器从遥控设备转变为自给自足的探测器。

图注:这张艺术渲染图展示了一艘航天器利用来自多个来源的传感器数据在深空中自主导航,以帮助其实时了解自身的位置和速度。

NASA/JPL-Caltech

AstroNav 的工作原理

“眼睛”

AstroNav 收集各种行星天体(如小行星、行星和恒星(star))的光学图像。这些数据提供了指向这些天体的方位和距离。

“耳朵”

当与原子钟(atomic clock)配对时,AstroNav 可以测量来自地球的精确多普勒信号和测距信号。

图注:重叠波频率的线条艺术图标。

NASA/JPL-Caltech

“大脑”

利用星载传感器,AstroNav 在太阳系(solar system)中自主确定航天器的轨道,并通过概率估计不断提高精度。

图注:代表自主航天器大脑的程式化线条绘图。

NASA/JPL-Caltech

CAPSTONE 02 及其他导航技术演示

CAPSTONE 02

CAPSTONE 02 任务将演示交会对接和近距离操作、自主导航以及地月空间通信能力,同时继续表征月球的辐射环境。

autoNGC

自主导航、制导与控制(Autonomous Navigation, Guidance & Control)是一套星载软件套件,集成了目前在星载系统和地面系统之间分配的航天器制导、导航和控制功能。

TRON

目标与距离自适应光学导航(Target & Range-adaptive Optical Navigation,TRON)系统是一种双摄像头光学导航工具,支持多种技术,可根据距离从多个目标图像中提取导航信息。

精选报道

NASA 宣布在月球开展新的航天器技术演示任务

NASA 正在与业界合作,为该机构的阿尔忒弥斯计划和月球推进下一阶段的地月空间基础设施建设。

分类:观测设备 · 航天任务

来源与许可

原文来自公共领域来源;译文由机器生成,请以原文为准。 原始页面