玛戈·皮尔斯，美国宇航局戈达德太空飞行中心 这里显示的阿波罗11号着陆椭圆是11英里乘3英里
精确着陆技术将大幅减少着陆面积，允许多个任务在同一地区着陆
信用:NASA 我们太阳系中一些最有趣的研究地点是在最不适宜居住的环境中发现的——但是在任何行星上着陆已经是一个危险的提议
随着美国国家航空航天局计划在月球和火星上的新地点进行机器人和载人任务，避免在陨石坑的陡坡或巨石场地着陆对于确保安全着陆以探索其他世界至关重要
为了提高着陆安全性，美国国家航空航天局正在开发和测试一套精确着陆和避免危险的技术
激光传感器、照相机、高速计算机和复杂算法的结合将赋予航天器人造眼睛和分析能力，以找到指定的着陆区域，识别潜在的危险，并调整航向到最安全的着陆地点
在空间技术任务局的游戏改变发展计划中，在安全精确着陆——综合能力进化(拼接)项目下开发的技术将最终使航天器有可能在着陆区避开黑洞、弹坑和更多的地方，这些着陆区的面积只有足球场的一半，已经被认为是相对安全的
拼接的四个主要子系统中的三个将在即将到来的任务中首次在蓝色起源新谢泼德火箭上进行综合测试飞行
当火箭的助推器返回地面时，在到达地球大气和空间的边界后，拼接的地形相对导航、导航多普勒激光雷达以及下降和着陆计算机将在助推器上运行
当它们接近月球表面时，每一个都会以同样的方式运行
第四个主要的拼接组件，一个危险探测激光雷达，将在未来通过地面和飞行测试进行测试
地形相对导航通过在下降期间将实时图像与已知的表面特征地图进行比较来提供导航测量
信用:NASA 跟踪面包屑 当选择一个地点进行探索时，部分考虑是为了确保有足够的空间让宇宙飞船着陆
这个面积被称为着陆椭圆，揭示了传统着陆技术的不精确本质
1968年阿波罗11号的目标着陆区域大约是11英里乘3英里，宇航员驾驶着陆器
随后的火星机器人任务是为自主着陆而设计的
10年后，维京号抵达红色星球，目标椭圆长174英里，宽62英里
技术进步了，随后自动着陆区的规模缩小了
2012年，好奇号火星车着陆椭圆下降到12英里乘4英里
能够精确定位着陆点将有助于未来的任务在以前被认为对无人驾驶着陆来说过于危险的地方寻找新的科学探索目标
它还将使先进的补给任务能够将货物和补给送到一个单一的地点，而不是分散在数英里之外
每个行星体都有自己独特的条件
这就是为什么“拼接被设计成与任何在行星或月球上着陆的航天器相结合，”项目经理罗恩·索斯塔里克说
索斯塔里克在位于休斯顿的美国宇航局约翰逊航天中心工作，他解释说该项目跨越了该机构的多个中心
“我们正在建造的是一个完整的下降和着陆系统，它将为未来的阿尔特弥斯登月任务工作，并且可以适应火星，”他说
“我们的工作是将各个组件放在一起，并确保它作为一个正常运行的系统工作
" 美国宇航局的导航多普勒激光雷达仪器由一个包含电光和电子元件的底盘和一个带有三个望远镜的光学头组成
信用:NASA 大气条件可能会有所不同，但下降和着陆的过程是一样的
拼接计算机被编程为激活离地面几英里的地形相对导航
机载摄像机拍摄表面，每秒钟拍摄10张照片
这些数据被连续不断地输入电脑，电脑里预装着着陆场的卫星图像和已知地标的数据库
算法搜索实时图像中的已知特征，以确定航天器的位置，并引导飞行器安全到达其预期的着陆点
这类似于通过地标导航，比如建筑物，而不是街道名称
同样地，地形相对导航识别出宇宙飞船的位置，并将该信息发送给制导和控制计算机，后者负责执行到地面的飞行路径
计算机将大致知道宇宙飞船应该何时接近它的目标，就像铺面包屑然后跟随它们到达最终目的地一样
这个过程一直持续到离地表大约四英里的地方
兰利工程师约翰·萨维奇检查了导航多普勒激光雷达装置的一部分，该装置是由一块金属制成的
学分:美国国家航空航天局/大卫·C
弓箭手 激光导航 了解航天器的准确位置对于计划和执行动力下降到精确着陆所需的计算是至关重要的
在下降的中途，计算机打开导航多普勒激光雷达来测量速度和距离，这进一步增加了来自地形相对导航的精确导航信息
激光雷达(光探测和测距)的工作方式与雷达非常相似，但使用光波而不是无线电波
三束激光束，每束像铅笔一样窄，指向地面
这些光束发出的光从表面反射回来，反射回宇宙飞船
反射光的传播时间和波长被用来计算飞船离地面有多远，它朝哪个方向前进，以及它移动的速度有多快
对所有三束激光束每秒进行20次计算，并输入制导计算机
多普勒激光雷达在地球上成功工作
然而，这项技术的共同发明者、弗吉尼亚州汉普顿美国宇航局兰利研究中心的首席研究员法津·阿姆扎耶丁负责解决太空应用的挑战
“关于有多少信号将来自月球和火星表面，仍有一些未知，”他说
如果地面上的材料反射性不是很强，那么返回到传感器的信号将会更弱
但是阿姆扎杰迪安相信激光雷达将超越雷达技术，因为激光频率比无线电波高几个数量级，这使得更高的精度和更有效的传感成为可能
负责管理所有这些数据的主要工具是下降和着陆计算机
来自传感器系统的导航数据被输入机载算法，该算法计算精确着陆的新路径
正在为真空室测试做准备的拼接硬件
拼接的四个主要子系统中的三个将在蓝色起源新谢泼德火箭上进行首次综合测试飞行
信用:NASA 计算机发电站 下降和着陆计算机同步各个拼接部件的功能和数据管理
它还必须与任何航天器上的其他系统无缝集成
因此，这个小型计算机发电站防止精确着陆技术使主飞行计算机过载
早期确定的计算需求表明，现有的计算机是不够的
美国国家航空航天局的高性能航天计算处理器将满足需求，但仍需几年才能完成
需要一个临时的解决方案来让SPLICE为它的第一次亚轨道火箭飞行试验做好准备，用它的新谢泼德火箭进行“蓝色起源”
新电脑的性能数据将有助于塑造其最终的替代品
精确着陆技术集成经理约翰·卡森解释说,“替代计算机具有非常相似的处理技术，这为未来的高速计算机设计以及未来的下降和着陆计算机集成工作提供了信息
" 展望未来，像这样的测试任务将有助于美国国家航空航天局和商业提供商在月球和其他太阳系天体表面为任务塑造安全着陆系统
卡森说:“安全准确地在另一个世界着陆仍然有许多挑战。”
“目前还没有你可以出去购买的商业技术
未来的每个地面任务都可以使用这种精确着陆能力，所以美国宇航局现在满足了这一需求
我们正在与我们的行业合作伙伴一起促进转让和使用
"
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