第288章 你這進步的是不是有點快了？
文昌控製中心響起了歡呼，大家都是專業人士，很清楚這次軟著陸的難度。
簡單來說，載人登月老美搞了11次，其中6次都成功把宇航員送上了月球表麵，而在月球南極邊緣著陸，這是開天辟地頭一會。
遠在崑山的阿波羅科技會議室裏，此時已經是燕京時間的淩晨，這幫來自俄國的專家們桌上都擺著咖啡，冇咖啡實在頂不住。
此時還在崑山，還冇搬到申海去，因為申海那邊一方麵是辦公樓還冇騰出來，另外一方麵是安保工作還冇完全搞定。
隨著阿波羅科技鬨出來的動靜越來越大，整個安保級別都在不斷升級，在當前這個時間點，講的是要確保辦公區周邊二十公裏的範圍內都絕對安全。
所以阿波羅科技這邊預計要到今年年底纔會搬過去。
崑山和姑蘇那叫一個眼饞，我們這好不容易跑出來的獨角獸，又被申海給搶走了。
回到阿波羅科技，毛子專家們看著從文昌傳回的數據和影像資料，一個個都傻眼了。
知道阿波羅科技牛逼，但冇想到這麽變態。
這麽說吧，在一般認知裏，你這次去月球南極軟著陸，屬於是開天辟地頭一遭，那肯定穩妥為主。
簡單來說，肯定自動導航，出現意外再遠程介入的方式，然後隨著發射次數累積，慢慢積累經驗之後，再優化自動導航的方案。
這是一個正常的邏輯，但阿波羅科技的方案不正常。
他們雖然也有遠程介入，但這遠程介入不是說我要保證吳剛0001順利完成軟著陸，而是保證能在月球南極著陸就行，是不是軟著陸無所謂。
要麽就全自動導航實現軟著陸，要麽就靠我遠程介入著陸。
隻要降落的位置是月球南極沙克爾頓隕石坑邊緣就行。
結果他們還真就眼睜睜看著，吳剛0001全程軟著陸，完成了一個又一個的高難度動作，在沙克爾頓的邊緣順利著陸。
“不，這當然非常難，整個過程需要導航與引導的精確性，從發射到跨月注入到中途修正再到月球軌道插入，都要求非常的精準。
雖說華國的長征係列實現了精確發射，但在中途中仍然需要地球控製中心的介入
而在中途修正能力方麵，華國的嫦娥係列展現出了中途修正能力，如果是全自動的話，那需要更強的魯棒性。”
阿廖沙和亞曆山大都是這次跟著一起來的專家。
前者負責的是火箭發射中的軌道計算，後者則是參與通訊技術。
二人麵麵相覷後，低聲討論起來。
阿廖沙在說完後，亞曆山大補充道：“我不是說這兩個環節不難，而是說後續更困難。
像地球軌道插入也好，跨月注入、中途軌道修正、月球軌道插入這些，要求的是精確計算。
過去華國航天的精確計算能力做到了80分，現在林教授他們無非是把80分提高到了90分，或者95分。
這已經有基礎了，從技術角度來說，也有很多解決方案，無非是理論上的解決方案，你用在現實中的適用程度。
林教授作為數學大師和航天專家，他的判斷能力毋庸置疑，他隻是選擇，也能選出最好的方案來優化過去的技術。
我認為最大的難點還是在於下降和著陸。
這個過程是冇有任何經驗可以參考，華國航天冇有，NASA也冇有。
南極地區佈滿了高山和隕石坑，其中永久陰影區域常年無光，你采取視覺導航方案的話，邊緣低角度陽光會有嚴重影響。
你想想，月球陰影區域溫度在零下的203攝氏度，陽光區則是54度，你很難在地球上找到類似的場景進行測試。
這纔是最難的。
至於NASA的Lunar Node-1方案隻是停留在理論層麵，實際要真把它放在如此複雜的場景裏完全不能用！”亞曆山大搖頭晃腦，臉上寫滿了驚訝和讚歎。
大家過去都差不多，都是考七十分，充其量這幾年華國有錢有資源有投入之後，從七十分竄到了七十五，這裏說的是航天整體，結果不聲不響對方冒出來一個能考95分的變態，比之前的第一、考80分的NASA還要遙遙領先。
不由得俄國專家們不震驚。
而亞曆山大所提到的Lunar Node-1方案是NASA提出的，是一種靠無線電信號，旨在支援著陸器、地麵基礎設施和宇航員三者之間共同構建起精確地理定位，提供導航觀測服務，以數字方式確保他們能迅速完成在月球上相對於其他飛行器、地麵站或移動中的漫遊車位置的方案。
這一方案主要用於在太空中幫助月球飛行器的軌道機動和引導著陸器在月球表麵成功著陸。
（圖是搭載Lunar Node-1信號傳感器的月球著陸裝置）
但前提是，你月球上要有足夠多的信號發送和接收單元，互相輔助之下，才能完整這一套係統的構建。
這也是阿美莉卡計劃在月球打造的，一係列月球導航基礎設施的一部分。
“想象一下，從你正在接近的岸上的燈塔獲得驗證，而不是等待你幾天前離開的母港的訊息，”該技術方案的首席研究員、阿拉巴馬州亨茨維爾NASA馬歇爾太空飛行中心的導航係統工程師埃文·安紮隆接受采訪時表示：“我們尋求提供的是一個由燈塔組成的月球網絡，提供可持續的本地化導航功能，使月球飛船和地勤人員能夠快速準確地確認他們的位置，而不是依賴地球的控製中心。”
當然，它還在地球上，還冇去到月球呢。
如果林燃還在NASA工作的話，利用門，然後建小型傳感器，直接把傳感器丟上去，係統就初步搭建完成了，哪要這麽麻煩。
NASA的這套係統嘛，首先隻是在地球上，其次他們得先能把東西給射到南極邊緣，連第一步都冇做，遠遠談不上成功。
所以纔會被俄國專家認為你這玩意是紙上談兵。
而他們現在看到的，阿波羅科技的自動導航，直接就實現了最難的南極邊緣軟著陸。
大家都想知道你到底是怎麽做到的。
瓦連京也不例外，他感受到了他帶來專家們竊竊私語，和內心的渴望，他問道：“教授，這真是一項了不起的成就，阿波羅科技又創造了奇跡，請容許我向您表示誠摯的恭喜。”
瓦連京的恭維很真誠，這既是因為他看完全過程之後確實心服口服，也是因為阿波羅科技的成就毋庸置疑。
高考考Top2，別人讚揚你前途無量，和高考考大專，別人讚揚你前途無量，就算都是真心實意的誇獎，後者你聽上去也會覺得他在陰陽怪氣。
“但教授，能不能給我們解答一下，您是如何做到的？”瓦連京問道，“我們都非常好奇。”
林燃想了想，然後說道：“關於這個，我們用到了太多的技術創新。
我就隨便找幾個我認為大家會感興趣的點來講講吧。
我主要講講我們在演算法領域做了哪些創新，來提高整體導航的精確性。
我們用了卷積神經網絡進行月球地形相對導航，以進行視覺層麵的隕石坑檢測。
地形相對導航可以通過檢測全域性特征來提高航天器位置估計的精度，這些特征充當補充測量以校正慣性導航係統中的漂移。
我們主要使用卷積神經網絡和圖像處理方法構建了一套演算法，這套演算法通過擴展卡爾曼濾波器跟蹤模擬航天器的位置。
這樣就能在過程中直觀地檢測模擬相機幀中的隕石坑，並將這些檢測結果與當前估計航天器位置區域中的已知月球隕石坑相匹配。
這些匹配的隕石坑被視為使用卷積神經網絡跟蹤的特征。
進而這套係統能夠對圖像亮度變化進行更可靠的位置跟蹤，並且在整個軌跡中逐幀進行更可重複的隕石坑檢測。
我們在使用標準亮度圖像的軌跡上進行測試時，與使用基於圖像處理的隕石坑檢測方法的卡爾曼濾波器相比，新方法平均最終位置估計誤差降低了90%，平均最終速度估計誤差降低了50%。
哦，對了，這套方法你們可以在2020年阿美莉卡控製會議接受的一篇論文上看到，我們在那篇論文上做了一些小小的優化工作。
我們通過這個演算法，確保了我們能夠檢測到隕石坑和石塊，找到平坦地麵。”
動作快的俄國專家已經在自己筆記本電腦上開始查起來了。
“在傳感器探測層麵，我們和我們國家的科技型企業進行了合作，他們有著豐富的經驗，我們結合鐳射雷達、攝像頭和IMU數據，使用粒子濾波和卡爾曼濾波演算法融合多源數據，減少單傳感器誤差。
好吧，我還是簡單說一下吧，這裏主要是基於Terrain Relative Navigation方法做的月球著陸器導航解決。
在按比例縮放的模擬月球情景上開發演算法，在該背景上構建了一個三軸移動框架來重現著陸軌跡。
在三軸移動架的尖端，安裝了遠程和短距離紅外測距傳感器以測量高度。
我們都知道距離傳感器的校準對於獲得良好的測量結果至關重要。
為此，通過使用最小二乘法優化非線性傳遞函數和偏置函數來校準傳感器。
因此，傳感器的協方差是用距離的二階函數近似的。
這兩個傳感器有兩個不同的工作範圍，它們在一個小區域內重迭。
為了在重迭範圍內獲得最佳效能，開發了一種switch策略。
在評估開關策略後，找到距離的單個誤差模型函數。
由於環境因素不同，在隕石邊緣的溫度偏差很大，因此會評估兩個傳感器的偏置漂移，並在演算法中適當考慮。
為了在導航演算法中反映月球表麵的資訊，已經考慮了模擬月球表麵的數字高程模型。
導航演算法被設計為擴展卡爾曼濾波器，它使用高度測量、數字高程模型和來自移動坐標係的加速度測量。
導航演算法的目標是估計模擬航天器在從3公裏高度著陸到隕石坑邊緣附近的著陸點期間的位置。
並且在著陸過程中不斷更新演算法，為此我們特意構思了一個隕石坑峰值檢測器，以便使用新的狀態向量和新的狀態協方差重置導航濾波器。”
大家都聽的很認真。
此時阿廖沙已經找到了前麵林燃提到的那篇阿美莉卡控製協會的論文，亞曆山大看了下摘要片刻後低聲來了一句：“變態！”
阿廖沙冇有問為什麽變態。
因為在阿美莉卡那篇論文裏寫的摘要是平均最終位置估計誤差降低了 60%，平均最終速度估計誤差降低了 25%，到了林燃那，所謂對方案做了個小小的優化，結果卻是降低了90%的誤差。
兩位俄國專家，想破腦袋也想不到，華國這小小的優化到底是怎麽做到的。
“關於降落精度方麵，各位都清楚，我們的發射，最終要在精度上，做到燃料艙和登月艙的位置間隔不超過200米。
包括這次降落，相信大家也看到了，我們的目標點位和實際點位的誤差應該不會超過20米。
我們的極限甚至能做到比20米還更低。
每次降落都在相鄰位置，確保月球基地的建設能夠儘可能的使用現有資源，每一個發射到月球上的航天器都能派上用場。
這同樣是建立在前人的肩膀上。
這個方案最開始應該要歸結於2015年卡普阿諾的工作，他們研究了基於代碼層麵的地球導航係統信號接收器，用於在整個月球軌道上進行降落的精度保證，在那個研究中，他們把精度做到了700米。
也就是用地球導航係統的信號來支援月球任務，你們應該也聽說過，畢竟歐洲航天局在2021年的時候，研究的GNSS接收器，他們想要用於 ESA-SSTL月球探路者航天器上，把精度降低到100米。
那時候你們和歐洲還冇鬨翻，他們很多項目應該會和你們通氣。”
GNSS：Global Navigation Satellite System，，也就是全球導航係統，GPS、俄國的GLONASS、歐洲的伽利略、華國的北鬥都屬於這個範疇。
在座的俄國專家都有點尷尬。
什麽意思？我們現在難道鬨翻了嗎？我們隻是暫時停止了合作，很快合作就會恢複的。
這幫俄國專家，從內心還是希望能夠融入歐洲的，一方麵是毛子的本性，另外一方麵，他們本身在過去工作中，和歐洲同行有大量合作，誰冇有幾個歐洲的專家朋友呢？
林燃冇管他們的表情如何，接著說道：“從後來陸續又有了將月球探測器引導到月球需要實時準確的位置和速度資訊，尤其是在接近階段和製動階段，導航資訊由地基跟蹤站提供，包括S波段測距、多普勒係統和甚長基線乾涉測量等，我們華國專家在嫦娥五號係列中，提出了一種用於月球探測器下降導航的智慧異構傳感器數據融合方法，並實現了幾公裏的定位精度。
阿波羅科技在前人的智慧上，我們構建了一套在進近階段，使用月球重力梯度策測量，來對月球航天器著陸進行自主導航的方案。
隨著航天器接近月球，重力梯度信號的強度會增強。
航天器搭載的重力梯度計可以精確測量區域性重力梯度，並使用最新的月球重力模型來提供參考值。
考慮到航天器高度的降低，重力模型的截斷度和階數逐步增加，以便在計算成本和模型精度之間取得折中。
我們開發了一種迭代卡爾曼濾波器，用於使用重力梯度測量和從星傳感器獲得的姿態四元數進行軌道和姿態耦合估計。
同時考慮了梯度計噪聲水平。
我們在這次發射前進行了模擬模擬，模擬的結果表明，航天器的位置迅速收斂，在最後一個時期，也就是降落過程中，達到了小於10 m的精度。”
在場一片嘩然。
林燃提到的精度，前麵提到的100米精度，那是軌道精度。
而最終的降落精度，林燃也提到了，華國航天的方案中，軌道精度是幾公裏。
不是，軌道精度幾公裏，怎麽到你這就變成了10米。
從幾公裏到十米，這個跨度是不是太大了一點。
大家都冇辦法理解。
更誇張的是，你模擬結果10米也就算了。
畢竟模擬是模擬，實際降落是實際降落。
結果你現在實際降落的效果也做到了100米以內。
你這到底是怎麽做到的？
而且林燃講的很詳細，作為對外人來說，這個程度絕對夠意思了。
但又冇那麽詳細，即便瞭解到了這個程度，他們感覺自己也複刻不出來。
瓦連京知道，自己不應該問，從什麽角度都不應該去打探別人的隱私，但他還是冇忍住：“教授，能給我們講講具體的演算法是怎麽設計的嗎？”
林燃色變道：“當然不能！
我已經把我們技術演進路線告訴你們了，這個過程中，有哪些思考，用到了哪些之前的論文，我們的演算法設計核心思路重力梯度都告訴你們了。
再問就是不禮貌了！”
瓦連京馬上道歉：“抱歉，是我唐突了，教授，請原諒我的唐突，因為你們做到的東西是，如此的，如此的不可思議。
我們從來冇有見過如此大的技術飛躍。”
(本章完)