去年，一部名为《火星救援》的美国电影全球上映，引起观众对火星和深空探测的兴趣。今年3月14日，欧洲航天局和俄罗斯联邦航天署联合研制的“Ex－oMars 2016”火星探测器，搭乘俄罗斯研制的“质子”号火箭发射升空，标志着“火星太空生物”合作项目的启动，火星探测再次成为世人瞩目的焦点。近日，嫦娥一号卫星系统总指挥兼总设计师叶培建院士在“两会”上透露，目前我国已基本具备火星探测能力，有可能在2020年发射火星探测器。据了解，作为国家首个深空探测的973计划研究由国内10家科研单位共同承担，青岛科技大学作为非985、211高校和山东省唯一一家单位名列其中。青岛科技大学研究的课题，就是确保未来的星际探测器能够精准、安全地着陆。

（好奇号着陆过程）

作为整个火星探测任务最为关键的阶段之一，火星进入、下降和着陆过程直接决定了探测任务的成功与否。在火星探测器着陆阶段，探测器与地球的通信延迟大概在 10 分钟左右，而整个着陆过程历经时间仅持续 6～8 分钟，再加上火星着陆过程中动环境的复杂多变大气密度的不确定性，导致高精度实时导航极为困难。为解决以上难题，由北京理工大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、清华大学、青岛科技大学等10家单位共同承担了国家973计划“行星表面精确着陆导航与制导控制问题研究” 项目（“深空973”项目），对未来我国火星探测计划的实施奠定技术理论基础。这个项目是我国深空探测领域的第一个973项目，由青岛科技大学特聘教授、973首席科学家崔平远教授承担。主要目标是针对我国在“载人航天与探月工程”重大工程实施后所面临的行星着陆探测技术需求，研究行星精确着陆探测基础问题，解决行星精确着陆的导航与制导控制理论难题，并突破相应的关键技术，建立行星精确着陆导航与制导控制的基础理论与方法，取得系列原创性成果，达到国际先进水平。项目的研究将为深空探测、尤其是行星精确着陆探测的导航与制导控制提供理论和关键技术支撑，形成一系列具有自主知识产权的创新性成果，并应用于我国未来的火星和小行星着陆探测重大工程；同时，培养一批具有创新能力的深空探测领域的学术带头人和青年骨干，为实现我国在深空探测领域的跨越式发展奠定基础。

（我国火星“绕-落-巡”探测任务方案设计）

青岛科技大学作为非985、211高校和山东省唯一一所参与深空探测的单位承担了该项目的子课题——“行星表面特征提取跟踪与快速运动估计方法”，主要针对行星着陆末端，利用地表图像进行特征提取跟踪并进行视觉自主导航而开展的一系列研究工作。青科大自主导航与智能控制研究所承担的工作就是确保探测器在着陆过程中自主导航的一部分。研究所所长于镭，是“深空973”项目青科大的负责人之一。

说起青科大缘何能参与此项目，于镭说：“基于巧合和信任”。他说：“国内深空探测研究的领军人物崔平远教授是我在哈工大读博士时的校友，我们曾在一个实验室工作过。一个偶然的机会，我们在学校的操场上相遇并聊起一些专业的问题，当时他正在筹备申报‘光学自主导航863’项目，他觉得我有能力和水平参与到这个项目中来，我也一直想做这方面的工作，所以一拍即合，就加入进来。”

据于镭介绍，他研究深空探测，已有十年之久，主要源于对这项研究的热爱，因热爱而更加执著。“刚开始的时候，全校只有我一人从事这方面的研究，可以说是非常孤独。十年的坚持，一直在路上，我们参与这个项目，已跻身国家深空探测第一梯队，我们不能掉队。现在，我的团队共有三人，邵巍和郭瑛已慢慢成长起来，我很欣慰，现在邵巍老师也已经成为国家973项目子课题的负责人，郭瑛老师也已独立承担国家自然科学基金项目。虽然工作条件和人员配备无法与合作的其它高校相比，但是有学校和学院的支持，我们依然有责任、有信心把这项课题做好，为我国深空探测做出应有的贡献。”

于镭介绍说，青科大承担的子课题是完成星际自主、精确、安全着陆任务要解决的关键一环。特征提取匹配算法能否进行稳定、连续跟踪及其运行速度直接关系到自主导航的可行性、精度与可靠性；另一方面，行星着陆过程中动力学环境的不确知、强非线性以及相对运动估计的累积误差，导致实时高精度导航极为困难。因此迫切需要研究着陆过程的特征跟踪方法，开展基于机器视觉的着陆器运动估计方法的研究工作，利用行星表面自然路标与机会特征进行高精度实时导航，提出多源扰动下着陆器状态非线性估计理论与方法，最终目的是建立较为完善的行星表面特征提取、跟踪与快速运动估计理论方法。

“通俗地讲我们研究的是探测器的软件。”于镭说，探测器上面有处理器，里面运行着多种程序。当着陆器的防热罩抛掉后，处理器开始运行着陆程序，在下降着陆段探测器利用光学相机对火星表面进行拍照以获取火星表面的瞬时图像，并通过程序运算识别火星地面特征。探测器根据这些特征作为导航陆标，对自己的位置、速度、姿态进行估计，从而避开大的石头、陨石坑，选择平坦的地面降落。随着探测器高度下降，光学相机拍到的影像清晰度增加，探测器进而能够识别更小的石块，从而进行标记和规避，最终寻找到最完美的降落地。就像驾驶员开车需要看交通指示牌一样，才能够知道自己在哪，否则就可能迷路，到不了目的地。这些看起来比较简单的工作，让探测器自己完成实际上非常复杂，必须让探测器有足够的智能性，成为一个具有自主识别、自主导航、自主控制能力的智能机器人，才能保证探测器的精准、安全着陆。目前，于镭所带的课题组已经完成了部分研究，一些研究成果获得了发明专利和软件著作权。

据了解，人类的航天活动有三大领域：应用卫星、载人航天和深空探测。所谓深空探测，是指脱离地球引力场，进入太阳系空间和宇宙空间的探测。作为太阳系中表面环境与地球最相似的天体，火星探测一直是深空探测的重要目标。科学家认为，火星上可能存有生命和液态水，寻找生命和水就成为世界科学家一个巨大的梦想。如果火星上有生命和水，它可能就是适合人类居住的另一颗行星，人类也就有可能向火星移民，开辟新的生存空间。

火星表面精确着陆与采样返回技术为未来的载人火星探测提供经验基础及技术验证，实现火星的载人飞行探测被认为是 21 世纪上半叶行星际探测的终极目标。人类自1960年以来已发射了四十余个火星探测器，实现了飞越火星、环绕火星探测、着陆器与火星车探测等多种探测方式。“在中国之前，美、苏、欧、印都有成功的火星项目。尽管我们不是第一个实现火星探测的亚洲国家，但我们的起点和水平很高。与印度的‘曼加里安’号探测器只是绕火星赤道轨道飞行、只能看到火星‘腰带’不同，中国第一个火星探测器将绕火星飞行，并对火星进行全球探测。此后，进入器载着巡视器着陆火星，巡视器将在火星‘走起来’。”全国政协委员、中国深空探测军团的“领军人”、人称“嫦娥之父”的叶培建表示。

中国月球探测工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远表示，目前科学家们已多次召开“改造火星”的研讨会，严肃探讨了将火星改造成“蓝色行星”的可能性，提出了改造愿景、科学步骤和实施方案。大多数研究行星科学和深空探测的科学家坚信，通过人类的智慧和努力，火星完全能被改造成生机盎然的“小地球”，再现“青山绿水”，成为人类的“第二家园”。可以说，火星是地外行星中“最耀眼的明星”，无论从探测次数还是认知程度来说，都是人类当之无愧的“宠儿”。

在刚刚公布的国家“十三五”规划中，创新驱动发展被放在优先位置，其列举的今后五年中国将重点突破的基础前沿科学领域中，“宇宙演化”居首。叶培建日前在“两会”上透露，目前中国已基本具备火星探测能力，有可能在2020年发射火星探测器，在中国共产党建党100年的时候有望到达火星。“地球到月球约40万公里，到火星最远约4亿公里。目前最大的难点是着陆火星。火星轨道是第二宇宙速度，再加上火星上有沙尘暴等不利条件，落火星比落月球难度大得多。到时候，‘超级’降落伞、反推力发动机都可能用上。”叶培建说。“我们准备把绕火星探测，对火星全球观测，着陆火星，以及把在火星上进行巡视、勘测结合起来。通过一次工程，把环绕、着陆、巡视都完成。如果成功，这在世界上将属首次。”“如果这一步能实现，中国将迈入火星无人探测的先进行列”。