西安交大為嫦五月球採樣貢獻核心技術

（香港文匯網記者 李陽波 西安報道）「嫦娥五號」探測器24日凌晨搭載「長徵五號」運載火箭成功發射，「嫦娥探月工程」自2004年正式立項啟動以來，歷經16年終於贏得了如今的收官之戰，其背後是成百上千家科研單位和數以萬計的航天科技工作者的辛苦付出，其中西安交通大學承擔了「嫦娥五號」直接影響自主採樣任務成敗的「表取採樣視覺信息處理系統」研製任務。據悉，該系統主要功能便是精準引導機械臂進行月球自主採樣，同時亦要確保將採樣過程中的圖像完整壓縮傳回地球，以供地面工作人員進行精準研究和分析。在過去的幾年時間裏，為了確保按時按質完成任務，西安交大科研人員不僅以15分鐘為單位制定工作計劃，爭分奪秒「拼」時間，同時更是用20萬個直徑約5mm左右的彩色小球模擬複雜環境，反覆試驗，最終完成三維位姿精度測試和目標識別率測試。「我們的系統就好比是『嫦娥五號』眼睛的核心，我們必須要確保每個環節精確無誤。」

反覆測試確保每個環節精確無誤

據介紹，此次承擔月表採樣任務的組合體為着陸器和上升器的組合體，由着陸器搭載着上升器降落在月球正面的呂姆克山脈附近，並由着陸器身上安裝的「岩心鑽探機」和「機械臂」等多樣化採樣工具完成月岩和月壤的自動採樣，而後送至上升器的器具中封裝保存。因此，採樣的視覺信息處理系統直接關繫到採樣任務的成敗，通過表取採樣視覺信息處理系統引導機械臂進行自主採樣並確保效率和精確度就顯得尤為關鍵。

「與地球相似，月球也進行自轉運動，因此月球上也像地球一樣有白天和黑夜之分。不過，由於月球自轉一周的時間等於一個恆星月（27天7小時43分11.47秒），月球上一天的時間大約相當於地球的1個月。一個白天的時間大約相當於地球的14天，黑夜的時間大約也相當於地球的14天。」項目負責人王飛教授告訴記者，在實際採樣抓取過程中，必須讓機械臂滿足視覺閉環各項指標要求，視覺自主引導，確保採樣工具成功抓取並完成封裝動作。月晝狀態下，光照強度遠超地球，而且月球表面地形複雜，團隊必須要反覆模擬和測試各種工況下視覺信息處理系統的處理結果是否滿足需求。「不同強度的光照，甚至器械着陸月球表面不同的傾斜角度，都是需要考慮的因素。綜合這些條件輕微的改變，我們需要反覆測試視覺系統的精度，一般一個實驗需要持續1到2個月。」

已開始「嫦娥六號」相關研製任務

據悉，在圖像壓縮傳輸可靠性實驗驗證中，項目團隊使用彩色小球和複雜標記驗證圖像壓縮算法。軟件負責人張秋光說：「我們購買了20萬個直徑約5mm左右的彩色小球，模擬複雜環境，測試圖像壓縮算法，確保在各類場景下圖像壓縮算法滿足指標要求。」同時，團隊還需要打印多張大幅面的複雜圖案進行測試，通過不同距離和姿態下誤差分析，從而完成三維位姿精度測試和目標識別率測試。有團隊成員表示，在做這些實驗的時候，最難的並不是實驗耗時長、實驗條件複雜，最難的是「歸零」——只要一個數據或者算法出現了偏差，哪怕是概率極低的情況，也會導致軟件「歸零」。「那段時間，通宵做項目已是家常便飯，最忙的時候，連續一周時間，不分白天黑夜。在這樣的壓力下，大家的狀態都是『拼了』。」面對各種嚴苛的技術指標要求，該團隊沒有退縮，而是以15分鐘為單位制定工作計劃，嚴卡每一步工作成效，並確保達標，最終經過無數次的試驗與驗證，圓滿完成任務。

承擔此次任務的西安交大視覺信息處理與應用國家工程實驗室空間視覺團隊，是一支由青年教授、視覺信息處理領域專家和具有豐富航天產品研製經驗的中青年工程師組成的，集科研能力、生產能力和管理能力為一體的專業化團隊，自2007年成立以來，在我國載人航天工程、探月工程、空間機械人等多個領域都承擔了重要的任務。據悉，此次任務完成後，目前西安交大已開始承擔「嫦娥六號」的相關研製任務。