作者:美国国家航空航天局妮可·奎内勒 火星2020的“毅力”漫游者配备了一个基于地形相对导航的着陆器视觉系统，这是一种先进的方法，可以自动将实时图像与预先加载的地图进行比较，以确定漫游者相对于着陆区危险的位置
如果需要的话，转向引导算法和软件可以引导漫游者绕过这些障碍物
信用:美国航天局/JPL-加州理工学院 经过近七个月的火星之旅，美国国家航空航天局的“坚韧”号探测器将于2月15日在红色星球的杰零陨石坑着陆
2021年11月18日，这是一片崎岖不平的广阔区域，被选择用于科学研究和样品收集
但是，使该地点吸引科学家的特征也使其成为一个相对危险的着陆地点——这一挑战促使我们在地球上对着陆器视觉系统(LVS)进行测试，火星车将依靠该系统安全着陆
南加州美国国家航空航天局喷气推进实验室的首席机器人系统工程师安德鲁·约翰逊说:“杰威尔有28英里宽，但在这片广阔的土地上，火星车可能会遇到许多潜在的危险:山丘、岩石、沙丘、火山口内壁等等。”
“所以，如果你在其中一个危险点着陆，对整个任务来说可能是灾难性的
" 进入地形相对导航(TRN)，这是位于LVS中心的关键任务技术，可以实时捕捉火星地形的照片，并与着陆区的机载地图进行比较，根据需要自主引导火星车绕过已知的危险和障碍物
“对于火星2020，LVS将使用位置信息来确定火星车相对于这些危险之间的安全点的位置
其中一个安全的地方就是火星车将要着陆的地方，”约翰逊解释道
如果约翰逊听起来很有信心LVS会安全着陆，那是因为它允许漫游者以大约200英尺或更小的精度确定其相对于地面的位置
这种低误差和高保证度是由设计决定的，是实验室和现场大量试验的结果
2014年12月，马斯滕的Xombie VTVL系统位于加利福尼亚州莫哈韦的发射台，为一次飞行测试做准备，该测试将有助于证明火星2020毅力探测器任务的着陆器视觉系统能力。
信用:马斯坦空间系统公司 “我们有我们称之为三连胜的测试，”JPL的斯瓦特·莫汉解释说，他是2020年火星计划的指导、导航和控制操作负责人
莫汉说，前两个测试领域——硬件和模拟——是在实验室完成的
“这是我们测试所有条件和变量的地方
真空、振动、温度、电气兼容性——我们对硬件进行测试，”莫汉说
“然后通过模拟，我们对软件算法在火星上可能遇到的各种情况进行建模——太阳光明媚的一天、非常黑暗的一天、刮风的一天——并且我们确保不管这些情况如何，系统都按照预期运行
" 但是三连胜的第三部分——实地测试——需要实际飞行来进一步严格检验实验室结果，并为美国国家航空航天局的任务提供高水平的技术准备
在LVS早期的飞行测试中，约翰逊和他的团队将LVS号安装到一架直升机上，并在飞机飞行时用它来自动估计飞行器的位置
约翰逊说:“这让我们达到了一定的技术准备水平，因为该系统可以监控大范围的地形，但它没有毅力所能做到的下降。”
“还需要在火箭上展示LVS
" 美国国家航空航天局的飞行机会计划满足了这一需求，该计划促成了2014年在马森航天系统公司的Xombie上在莫哈韦沙漠的两次飞行——一个功能类似于着陆器的垂直起飞和垂直着陆系统。
飞行试验表明，LVS有能力通过采用一条新计算出的安全着陆点路径，引导“万比”自主改变航向，避免下降时的危险
马斯滕的VTVL系统的早期飞行也有助于验证用于计算行星着陆燃料最佳轨迹的算法和软件
2014年在马森Xombie VTVL系统上的飞行测试展示了着陆器视觉系统的地形相关导航和燃料优化大转向制导(G-FOLD)能力。
这些飞行证明了该系统能够自动改变航向以避免下降时的危险，并采用新计算出的路径到达安全着陆点
成功的实地测试使这项技术得以被美国宇航局火星2020任务所采用
信用:美国航天局/JPL-加州理工学院 “对火箭的测试几乎消除了所有剩余的疑虑，并肯定地回答了LVS行动的一个关键问题，”JPL的尼古拉·特拉尼说，他是一名有效载荷和指向控制系统工程师，在2014年的现场测试中与马森密切合作
“就在那时，我们知道LVS将在典型的火星着陆的高速垂直下降过程中工作
" 约翰逊补充说，亚轨道测试实际上提高了技术准备水平，为接受火星2020任务开了最后的绿灯
约翰逊说:“飞行机遇号所提供的测试在当时的美国宇航局是前所未有的。”
“但它被证明是如此有价值，以至于现在人们开始期待它进行这类飞行测试
对LVS来说，那些火箭飞行是我们技术发展努力的顶点
" 随着火星2020的技术被接受，任务小组开始建造最终版本的LVS，它将在“毅力”号上飞行
2019年，在美国国家航空航天局的技术演示任务计划的推动下，该系统的一个副本在加利福尼亚州死亡谷的另一架直升机上演示飞行
直升机飞行为六年多的多次实地测试提供了最后的检查
但莫汉指出，即使有这些成功的演示，仍有更多的工作要做，以确保安全着陆
着陆时她会在任务控制中心，监控系统的每一步运行状况
“现实生活总是能扔给你曲线球
因此，我们将在巡航阶段监控一切，检查摄像头的电源，确保数据按预期流动，”莫汉说
“一旦我们收到火星车发出的信号，上面写着‘我着陆了，我在稳定的地面上’，我们就可以庆祝了
"
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