嫦娥落月如何“认路”？

　　与此前的嫦娥一号、二号不同的是，嫦娥三号探测器将择日实现首次落月，这也是我国航天器首次地外天体软着陆。“落”月也许只有短短的十多分钟，但却耗费研制团队惊心动魄的十年时间。记者从探测器诞生地——中国航天科技集团五院了解到，落月主要依靠着陆器自主控制，GNC分系统将发挥至关重要作用。

　　据了解，“落”月指的是着陆探测器自距离月面15km高度的近月点开始，至降落到月面为止的全过程，这段过程需要制导、导航与控制（GNC分系统）三方面的完美结合，是区别于探月一期和以往卫星任务的根本。

　　由于月球周围几乎没有大气，因此在落月过程中不能依靠降落伞，只能依靠发动机反推，以达到制动减速的目的。专家指出，由于地月距离远，测控延迟大，地面难以直接干预落月过程，只能依靠着陆器自主执行，这还是有相当的难度。

　　落月过程需要GNC创造性地依次解决三大难题：认路——选路——辨路。具体说来，“认路”就是给着陆器自身定位，即依靠着陆器自身携带的设备来确定其相对于月面的位置姿态；“选路”就是要事先规划好路径免走冤枉路，也就是说设计一条着陆轨迹，在满足姿态、光照等约束条件下尽量减少燃料的消耗；“辨路”就是要分辨并躲避路上的坑洼之处，与国外落月过程相比，即在没有宇航员的情况下自主分辨月面障碍并主动避开障碍，保证着陆器安全降落。

　　关于“认路”，着陆器面临的是一个几乎未知的目标——月球。因此，着陆器需要有“自问自答”的能力，要求着陆器对被测的月面目标有“去粗取精”功能。为此，五院着陆器GNC团队全新研制了激光测距敏感器和微波测距测速敏感器两种不同谱段的相对导航敏感器，以适应不同飞行高度和飞行速度下对相对位置和速度测量精度的要求。多种测量信息融合导航算法也为落月过程的精确相对导航提供了保证。

　　关于“选路”，与以往轨道设计不同的是，落月过程是一个集制导导航控制于一体的过程。整个过程需要始终开启主发动机。嫦娥三号着陆器GNC抓总单位——五院502所在充分调研并借鉴“阿波罗”计划、航天飞机等成功设计经验的基础上，根据着陆过程不同飞行阶段的特点，形成了多制导律结合的优化轨迹设计方案，兼顾了各飞行阶段切换的平稳性和燃料的最优性。

　　关于“辨路”，与美国“阿波罗”登月计划不同的是，“阿波罗”依靠宇航员识别月面障碍，而我国的嫦娥三号则采用无人软着陆，因此必须具有自主障碍识别能力。为此，GNC团队全新研制了激光三维成像敏感器代替人眼，在距离月面较近时获得待着陆区域精确的三维高程图信息，可精确分辨月面上比较小的障碍。同时，在距离月面较远时还增加了一个光学成像敏感器，用于在较大范围内识别较大尺寸的障碍。如此一来，形成了一套远近结合、粗精并用的接力避障策略，大大提高了着陆的安全性。

　　嫦娥落月靠“3只眼”

　　此番无人登月，“嫦娥”要靠自己的“眼睛”认路识途，其中多套探测仪器由中国科学院在沪相关研究所研制，守望落月登月全程。
　　嫦娥三号任务是我国探月工程“绕、落、回”三步走中的第二步，是承前启后的关键一步。在“绕月”阶段，中科院上海技术物理所、上海光学精密机械所为嫦娥卫星研制了“激光眼”——激光高度计，为我国首幅全月面三维图提供了高程，相当于地球上的海拔高度。即使在无可见光的月面环境下，激光计也能“拍摄”自如。

　　但比起距离月面一两百公里外的绕月，零距离接触的落月对激光测距精度和速度提出了极高要求。在我国探月初期，嫦娥卫星对月发射一束激光，在月面形成的“激光足印”约有120米方圆范围，而嫦娥三号激光测距的“足印”将小到米级，测量精度进一步提高，可实时监测嫦娥三号着陆器距离月面的高度。