《航天科技出版基金 星球巡視器:太陽系的無人探測》是一本全面反映星球巡視器研究歷程、技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢的技術專著,《航天科技出版基金 星球巡視器:太陽系的無人探測》中細致闡述了巡視器的探測優(yōu)勢、應用情況,深入論述了巡視器的移動、傳感控制、機器視覺、自主導航、路徑規(guī)劃、樣品采集、自主科學探測等技術細節(jié),并給出了具體的研究案例,最后指出了巡視器未來的研究方向。
《航天科技出版基金 星球巡視器:太陽系的無人探測》結構合理、理論嚴密、案例詳實,引入和翻譯工作都是由我國常年工作在一線的青年科研人員完成的,對星球巡視器的設計及相關技術的研究具有很好的借鑒意義,也是提供給航天愛好者的一本系統(tǒng)全面的科普讀物。
隨著太空探測任務由星球飛掠、環(huán)繞向原位探測發(fā)展,特別是利用巡視器的移動優(yōu)勢進行探測這項技術的發(fā)展,似乎適合推出一本書將許多分散的星球巡視器技術匯聚成一個系統(tǒng)。當然,我不能聲稱該書能覆蓋該領域的全部內容。然而,我試圖提供寬廣的覆蓋面,并在不犧牲深度的基礎上令每一章節(jié)都能夠詳述和巡視器相關的內容。但更進一步講,盡管我試圖全面審查參考文獻的完整性,卻仍難免會出現(xiàn)意外疏漏——關于這點我表示歉意,希望讀者能隨時向我提供可能納入將來版本的縮略信息。
這本書的目標受眾是想要了解星球巡視器技術細節(jié)以及這些技術在不久的將來如何發(fā)展的任何人。他們可能主要是研究生,將要畢業(yè)的本科生,以及參與星球巡視器開發(fā)的行業(yè)工程師。我結合自己多年的航天器研制經(jīng)歷,包括在工業(yè)界和學術界研究所參與項目的經(jīng)歷,如英國薩里空間中心(Surrey Space Centre)的移動機器人計算機模擬項目、英國的ExoMars巡視器項目,以及加拿大航天局Kapvik微型巡視器原理樣機的機器人系統(tǒng)項目,形成了我在卡爾頓大學講授的星球巡視器課程,并在教學過程中逐步形成該書。Kapvik微型巡視器被設計成可從地面爬起的模擬平臺去進行星球探測(和配備推力器的裝置不同),盡管蒙特利爾的MPB通信集團作為主承包商,但我的卡爾頓大學團隊承擔了設計工作并且作為移動機器人核心方面(移動系統(tǒng)、電機控制航空電子學、自主導航、視覺處理、成像控制以及其他電機單元)的技術權威。事實上,這些設計基于我前些年在英國研制的先鋒火星巡視器任務,該巡視器的圖片和文字說明可以適用于任何星球巡視器項目。
亞歷克斯·埃勒里,教授,加拿大渥太華卡爾頓大學空間機器人、空間機械技術與宇航工程系的研究主席。他擁有物理學學士(榮譽)學位、天文學碩士學位以及航空與航天工程博士學位。他也是國際空間大學的校友。他是一位特許工程師,是工程與技術研究所、機械工程研究所、皇家航空學會的研究會員。他曾在薩里大學的薩里空間中心被機械工程師學會授予喬治·斯蒂芬森勛章(2005年),并曾擔任英國天體生物學協(xié)會的主席(2005、2006年)。
第1章 導論
1.1 為什么選擇巡視器
1.2 航天項目管理
1.2.1 項目規(guī)劃
1.2.2 工作結構分解
1.2.3 項目調度
1.2.4 項目預算
1.2.5 研制計劃
1.2.6 人員管理
第2章 星球環(huán)境
2.1 月球
2.2 火星
第3章 星球巡視器調研
3.1 月球車LUNOKHOD
3.2 月球車LRV
3.3 火星探路者中的旅居者號
3.4 火星探測漫游者號
3.5 火星科學實驗室
第4章 巡視器機動性及移動方式
4.1 輪式巡視器
4.2 鉸接式底盤
4.3 履帶式巡視器
4.4 移動測量
4.5 地形粗糙度和車輛懸架
4.6 巡視器平均自由程
4.7 車輛和土壤的相互作用——Bekker理論
4.8 輪壤相互作用——Russian方法
第5章 巡視器的傳感控制系統(tǒng)
5.1 驅動電機
5.2 電機控制器
5.3 運動控制
5.4 巡視器移動傳感器
5.5 太陽敏感器
5.6 激光測距
5.7 自主牽引控制
5.8 傳感器融合
第6章 巡視器視覺——基本原理
6.1 巡視器相機系統(tǒng)綜述
6.2 常見相機系統(tǒng)
6.3 視覺處理要求
6.4 相機標定
6.5 視覺處理
6.6 地形成像
6.7 立體視覺
第7章 巡視器視覺——高級功能
7.1 視覺里程計
7.2 基于光流的導航
7.3 主動視覺
第8章 自主導航——行為模式和構架
8.1 遙操作機器人
8.2 巡視器表面操作
8.3 基于行為模式的自主運行
8.4 智能巡視器結構
……
第9章 自主導航——自定位和制圖
第10章 路徑規(guī)劃
第11章 自動樣品采集
第12章 器載自主科學探測
第13章 案例研究:木衛(wèi)二機器人探測
第14章 未來巡視器概念
附錄
參考文獻