美国都没有掌握，天问一号着陆火星使用的全自主避障系统，有多牛
近日，中国国家航天局发布天问一号任务探测器着陆过程两器分离和着陆后“祝融号”火星车拍摄的影像。图像中，着陆平台和“祝融号”火星车的驶离坡道、太阳翼、天线等机构展开正常到位。
中国的着陆巡视器重量非常大，达到了1300公斤，为了可以安全降落火星，中国为此首次采用了一种独特的弹道高度计划，基于配平翼的弹道-升力式进入方案。该方案在进入过程中减速时间长、承受的过载小，也能够通过控制升力方向提高探测器的着陆精度，是未来火星采样返回、载人火星登陆任务中的理想进入方式。此前嫦娥五号返回舱也采用相同技术成功降落在地球。
从祝融号火星车传回的照片，我们可以发现，祝融号火星车降落的地位非常平缓，并没有任何突起物，我们要知道，火星表面大都分布着各种高山、壑谷、陡坡以及各种各样的岩石和陨石坑等，这些都会给安全软着陆带来较大风险。而天问一号能够降落在如此平滑的火星表面，则要得益于中国自主研发的全自主避障系统。
要知道，在我们尚未成功发射过任何火星探测器的情况下，火星的大气、地形、重力等影响登陆的关键详细数据都没有，只有个大概，而中国之所以敢直接发起对火星着陆大胆尝试，就是因为拥有全自主避障系统。
全自主避障系统是什么
这项技术最初应用在嫦娥三号之上，针对嫦娥三号软着陆任务对落点安全和状态安全的要求，中国航天科学家提出了一种接力避障模式，将自 主避障过程分为4个任务段：接近段、悬停段、避障段 和缓速下降段，设计了包括主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避 障段和缓速下降段的软着陆飞行程序，分别实现粗避障、高精度三维成像、 精避障和着陆位置保持功能，形成了大范围粗避障、小范围精避障和着陆位置保持的接力避障过程。
粗避障阶段利用可见光相机进行较大范围和较大障碍的粗检测，剔除直接威胁着陆安全的大障碍；接着在粗避障阶段选取的安全区域内利用激光扫描对天体表面进行精确三维障碍检测，获得并剔除较小尺寸的障碍，最大限度地保证着陆安全。本发明自主性好，可靠性高，可用于地形较为复杂的天体软着陆探测任务，对于距离较远的深空无人天体软着陆尤其适用；大大提高了避障能力和避障距离，增加了着陆的安全性。
2013年12月14日20时59分52秒，“嫦娥三号”探测器顺利进入着陆动力下降的主减速段，主 发动机开启并达到最大推力状态，快速消减了水平速度，经过487 s后，速度和高度逐渐达到制导目标；21时08分32秒，进入快速调整段，迅速调整了姿态和推力，达到了预期目标；21时08分49秒，进入接近段，利用光学敏感器获取了预定着陆区图 像，确定并到达了安全着陆区；21时10分49秒， 进入悬停段，由于着陆器姿态和轨道控制较好，悬停段开始就满足了三维成像敏感器成像需要的悬停状态要求，利用三维成像敏感器对着陆器下方约 50 mx50 m的区域进行了高精度三维成像，通过数据图像处理，精确识别了障碍，确定了安全着陆点； 21时11分04秒，转入避障段，根据识别出的最终着陆点，实施了水平机动和下降控制，实现了精避障； 21时11分28秒，转入缓速下降段，保持了水平位置不变，缓速下降到了月面，嫦娥三号最终实现了完美软着陆，这也标志着中国研发的全自主避障系统取得成功。
而在嫦娥五号探测器上，全自主避障系统更加成熟，我们可以看见嫦娥五号的软着陆位置，嫦娥五号的着陆点周围10至20米有3个比较小的撞击坑，而嫦娥五号却精准软着陆在了撞击坑之间的一个平整场地。要知道在距离月面2米高度发动机要关机，探测器是靠着陆腿吸收最后的冲击能量，通过回传地球的降落视频可知，着陆器本体没有因为倾斜坡面条件下的冲击力产生丝毫跳动，而是非常平稳的落月。这个细节也能反映出中国在软着陆方面的技术状态。
而在天问一号上，中国的全自主避障系统再次升级，地球控制中心对整个着陆过程完全无法把控，天问一号拥有全自主避障系统，在变推力发动机的加持下，在距离火星表面100米左右高度悬停，着陆器会自主识别着陆点，自己规划整个过程，在整个下降阶段没有一丝一毫的人为干预，这需要天问一号搭载机器视觉系统，这套系统包括导航惯性测量单元、激光测距、微波测距、光学成像、激光三维成像等传感器，它们将获取的火星表面地形数据注入计算机系统形成机器视觉感知能力。
所以中国天问一号在降落火星的时候拥有自主思考和寻找最佳地点着陆的能力，这就好比我们和美国的自动驾驶汽车都要去同一个目的地，但路上有块石头是事先规划路线时没发现的，我们的自动驾驶汽车发现了石头，进行了自主规避，并重新规划路线寻找更适合的线路到达目的地，而美国的自动驾驶汽车就只能按事先规划好的路线直接撞上去。
美国都没有掌握
而全自主避障系统美国并没有掌握，本世纪第一个十年，美国推出了旨在载人重返月球的星座计划，服务该项目的登月舱计划使用基于激光雷达的自主避障系统，但在奥巴马上台后星座计划被一纸命令终结，这套自主避障系统仅仅推进到方案设计阶段就无疾而终。可以说，中国的全自主避障系统领先了美国10年。
在嫦娥五号登月的时候，美国宇航局LRO探测器也对嫦娥五号着陆点进行了观测，一方面是确认探测器是否安全着陆，另一方面是对着陆时扬起的月球尘埃进行观测。还有就是窥视中国的软着陆技术，以便今后美国宇航局无人登月使用。
那美国没有全自主避障系统，是如何登陆火星的呢？美国之前登陆火星是采用防热大底突入大气层——降落伞初步减速——低空反推火箭进一步减速——缓冲气囊接地的方式像气球一样降落。这种方法的好处在于无需太精准的操控就能实现安全着陆，缺点是气囊能承载的重量有限。
而在好奇号之后使用的空中吊车技术，这种着陆方式的优点是可以释放质量体积都比较大的火星车，对着陆区域的地形要求比较低，而且还可以为火星车提供最大程度的保护，也不需要全自主避障系统。他使用的是LVS着陆器视觉系统，依靠的是事先拍摄好的高精度表面地图，然后跟机载系统拍摄的实时地况进行对比事先避障，只能说是半智能，还是离不开事先规划好的路线。
总结
在美国的制裁和打压下，中国不断探索新技术，走上了和美国不一样的道路，我相信，我们未来在航天领域，可以取得更加卓越的成就。