如果我们想要访问更多的小行星我们需要让航天器自己思考

最近，小行星任务进展顺利。罗塞塔号、奥西里克斯-雷克斯号和隼鸟二号都访问过小型天体，并在某些情况下成功地将样本带回地球。但当人类开始接触小行星时，它将遇到一个重大的技术问题——带宽。

我们附近有数以万计的小行星，其中一些可能具有潜在的危险。如果我们启动一项任务来收集有关它们每个人的必要数据，我们的行星际通信和控制基础设施将很快不堪重负。那么，为什么不让我们的机器人大使自己做这件事呢?这是圣保罗联邦大学和巴西国家研究所的研究人员在《制导、控制和动力学杂志》上发表的一篇新论文的想法，该论文可在arXiv预印本服务器上获取用于空间研究。

这篇论文主要关注航天器接近新小行星时该怎么做的控制问题。目前的任务需要数月时间才能接近，并需要地面团队的一致反馈，以确保航天器了解其正在接近的小行星的参数，尤其是引力常数。

有些任务在这方面比其他任务取得了更大的成功，例如，与罗塞塔一起的着陆器菲莱斯(Philase)在从67P/丘留莫夫-格拉西门科彗星表面弹回时遇到了麻烦。正如作者指出的，这种差异的部分原因是彗星的实际形状与罗塞塔到达彗星之前望远镜所观察到的形状之间存在巨大差异。

即使是更成功的任务，例如OSIRIS-Rex，也需要数月的准备时间才能在其总行程数百万公里的背景下完成相对琐碎的机动。例如，OSIRIX-Rex在任务控制中心认为可以安全进入稳定轨道之前，花了20天在小行星表面上方7公里处进行了多次飞越。

任务控制人员正在考虑的重要限制之一是他们是否能够准确计算他们正在访问的小行星的引力常数。众所周知，重力很难从远处确定，其错误计算导致了菲莱号的问题。那么，一个控制方案可以解决所有这些问题吗?

简而言之，它可以让航天器决定在接近目标时要做什么。通过明确的控制方案，航天器因某些不可预见的后果而发生故障的可能性相对较小。它可以大大减少任务花费在接近上的时间，并限制返回地球任务控制的通信带宽。

这样的方案还只需要四个相对普遍、廉价的传感器即可有效运行——一个激光雷达(类似于自动驾驶汽车上的传感器)、两个用于深度感知的光学摄像头，以及一个用于测量方向等参数的惯性测量单元(IMU)，加速度和磁场。

该论文花费了大量时间详细介绍了控制模式中的复杂数学，其中一些涉及类似于基本学习模型的统计计算。作者还对两个潜在的感兴趣的小行星目标进行了试验，以了解该系统的性能。

一个已经很好理解了。Bennu是OSIRIX-Rex任务的目标，因此，它具有小行星的特征。论文称，借助新的控制系统，航天器可以在一天之内从数百公里外进入2000米轨道，然后在第二天进入800米轨道。这与实际OSIRIS-Rex任务必须完成的几个月的准备工作相比。它可以用最小的推力完成，更重要的是，燃料是深空任务中的宝贵物资。

另一项演示任务是前往靠近地球的第二大小行星爱神星。它具有小行星的独特形状，因为它相对较长，这可能对论文中描述的自动化系统构成令人兴奋的挑战。使用新模式控制航天器与爱神会合并不具有像贝努这样的更传统的小行星所具有的所有相同优势。例如，它具有更高的推力要求和油耗。然而，它仍然缩短了任务时间和操作所需的带宽。

自主系统在地球和太空中变得越来越流行。像这样的论文推动了对可能性的思考。假设消除数月艰苦的手动技术工作所需的只是安装几个传感器并实施新的控制算法。在这种情况下，计划很快与小行星会合的各个机构和公司之一很可能会采用该计划。

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