NASA火星2020任务面临着巨大的挑战，地形相对导航有几个系统？

　　火星2020任务面临着在红色星球上最具挑战性的着陆。它将于2021年2月18日在Jezero陨石坑着陆，这是一个28英里宽(45公里宽)的广阔区域，到处都是陡峭的悬崖、圆石场和其他可能阻碍着陆的东西。一种叫做地形相对导航(TRN)的新技术将允许航天器自主避开危险。这是最接近宇航员驾驶宇宙飞船的事情，这项技术将有利于未来机器人和人类对火星的探索。

　　陈和他的“火星2020”项目的同事们有过在火星上着陆的经历，当时没有一名目光坚定的宇航员帮忙。但是火星2020正朝着美国宇航局迄今为止最大的火星挑战前进。Jezero陨石坑是一个28英里宽(45公里宽)的凹痕，充满了陡峭的悬崖边、沙丘、巨石场和小陨石坑。该团队知道，要想尝试在捷尔零着陆——而且月球车的有效载荷比好奇号月球车多50%，好奇号月球车在夏普山附近一个更温和的位置着陆——他们必须加快速度。

　　搭载在火星2020上的地形相对导航(TRN)是一种自动驾驶仪，在着陆过程中可以快速计算出航天器在火星表面的位置，更重要的是，计算出它在火星表面的未来位置。火星车的计算机在车上存储了一张杰零陨石坑内的危险地图，如果计算出的着陆点被认为太危险，TRN将命令火星2020的下降阶段将火星车飞到最安全的可到达着陆点。

　　要让阿波罗登月舱登陆月球，需要两名宇航员(阿姆斯壮让巴兹·奥德林向他提供他们的轨道信息)。同样，地形相对导航实际上是两个系统一起工作：着陆器视觉系统和安全目标选择系统。

　　“地形相对导航的前半部分是着陆器视觉系统(LVS)，它决定航天器在火星表面的位置。”火星2020的导航和控制子系统经理安德鲁·约翰逊说。

　　LVS的使用寿命是25秒。它在大约13，000英尺(3，960米)的高度活跃起来，指挥漫游者上的一台相机快速拍摄火星表面的一幅又一幅照片，同时仍然依靠降落伞下降。LVS每秒钟仔细检查一幅图像，将每幅图像分成覆盖约5000英尺(1520米)表面积的正方形。

　　但是，与尼尔·阿姆斯特朗不同，LVS的实时分析不是在寻找特定的火山口边缘或山峰。取而代之的是，在每个这些盒子或地标内，系统都会寻找独特的图案，以对比由悬崖，陨石坑，巨石场和山脉等表面特征产生的明暗对比。然后，它将任何不常见的模式与其内存中的映射进行比较。在“粗糙地标匹配”模式下找到五个地标匹配项时，它将拍摄另一张图像并重复该过程。

　　在三幅成功的图像与地图比较之后，LVS进入了一种称为“精细地标匹配”的模式。那时系统将地面分成410英尺（125米）宽的盒子，扫描独特的图案并将其与地图进行比较。LVS在观察图像的一秒钟内寻找至少20个匹配，但通常要多得多——多达150个——以便生成更精确的火星2020轨迹图。

　　地形相对导航系统的第二部分使用LVS的位置解决方案，计算它将在哪里着陆，然后将其与另一张机载地图进行比较，这张地图描绘了着陆区内被认为适合着陆的区域……或者是有陨石坑、悬崖边、巨石或岩石田的区域。如果绘制的位置不合适，安全目标选择可以改变火星车的命运，将其着陆点移动2000英尺(600米)。

　　在2019年4月和5月的三周时间里，LVS驾驶直升机进行了17次飞行，拍摄并处理了凯尔索沙丘、墙洞、熔岩管、巴德沃特、帕纳明特山谷和梅斯库尔平坦沙丘等火星般地形的一幅又一幅图像。

　　在试飞过程中，总共进行了659次火星着陆。

　　火星2020 TRN团队的工作将仅在美国太平洋标准时间下午12点（美国东部标准时间下午3点）之后的2021年2月18日结束，当时他们的火星车在Jezero Crater上落下。但这只是一个开始：地形相对导航的自主精确制导可能被证明对人类安全登陆月球和火星至关重要。TRN还可以用于在任何一个世界上的人类机组人员之前多次降落设备——或者在未来探索的其他地方。

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