让航天器自主思考，探索更多小行星

近年来，对小行星的探测任务层出不穷。Rosetta、Osirix-REX和Hayabusa2等探测器已经访问了一些小天体，并在部分情况下成功地将样本带回地球。然而，随着人类开始接触小行星，他们将面临一个重要的技术问题——带宽。

我们周围有成千上万颗小行星，其中一些可能会对地球构成潜在威胁。如果我们发射任务收集每一颗小行星所需的数据，我们的星际通信和控制基础设施将迅速不堪重负。因此，为什么不让我们的机器大使自己去做呢——这是巴西圣保罗联邦大学和巴西国家空间研究所的研究人员在《Journal of Guidance, Control, and Dynamics》杂志上发表的一篇新论文的主要观点。该论文也发布在arXiv预印版服务器上。

文章主要关注的是当一艘飞船接近一颗新小行星时的控制问题。当前的任务需要数月的时间才能接近，并需要持续的来自地面团队的反馈，以确保飞船了解其正在接近的小行星的参数，特别是重力常数。

某些任务在这方面取得了更多的成功，例如Rosetta任务中陪同进行的Philae着陆器，在撞击彗星67P/ Churyumov-Gerasimenko表面时遇到了麻烦。正如作者指出的那样，其中的部分差异是彗星实际形状与望远镜在Rosetta到达之前观察到的形状之间的巨大差异。

更成功的任务，比如OSIRIS-Rex，需要数月的准备时间才能完成相对微不足道的机动。例如，OSIRIX-Rex在进入稳定轨道之前，花费了20天以上的时间在距离小行星表面7公里的高度执行多次飞越。

这些任务控制者面临的重要限制之一是他们是否能准确计算他们访问的小行星的重力常数。从远处确定重力是极其困难的，其错误的估计导致了Philae的问题。那么，控制方案可以解决所有这些问题吗？

简单地说，它可以让飞船决定接近目标时该做什么。通过一个定义明确的控制方案，由于一些意想不到的后果，导致飞船故障的可能性相对较小。它可以极大地减少任务在接近过程中所花费的时间，并限制向地球的任务控制的通信带宽。

这样的方案还只需要四种相对常见且廉价的传感器就能有效运作——一个激光雷达（类似于自动驾驶汽车上的那种），两个用于深度感知的光学摄像头和一个测量参数如方向、加速度和磁场的惯性测量单元（IMU）。

文章花了很多时间详细介绍了将会涉及到的复杂数学——其中一些涉及统计计算，类似于基本的学习模型。作者还对两个潜在的小行星目标进行了系统的测试，看看这套系统将会表现如何。

其中一个目标是已经被充分了解的Bennu。根据文章，使用新的控制系统，一艘飞船可以在靠近数百公里外的小行星后的第二天进入2000米的轨道，然后第二天进入800米的轨道。这与实际OSIRIS-Rex任务必须完成的准备工作相比简直弱爆了。而且它可以用最小的推力和更重要的是燃料——宇宙深空任务上宝贵的资源。

另一个演示任务是前往Eros的任务，Eros是离地球最近的第二大小行星。它的形状相对细长，与文章描述的自动系统存在一些挑战。使用新的控制方案来控制一艘飞船与Eros会合，并不具备像Bennu那样的所有优势。例如，它需要更高的推力和燃料消耗。但是，这依然缩短了任务时间和所需的带宽。

自主系统在地球和太空中变得越来越受欢迎。像这样的论文推动了人们对可能性的思考。如果消除数月的琐碎手动技术工作所需的全部条件是安装几个传感器并实施新的控制算法，那么很可能很快就会有各种机构和公司采纳这一计划。