【摘要】深空探测是我国太空战略的重要组成部分，是继卫星应用、载人航天之后的又一航天技术发展新领域。传统基于地面测控的航天器导航方式在导航精度、实时性、覆盖性、可靠性等诸多方面受到限制，难以满足深空探测对高精度实时导航的需求。因此，本文详细阐述了深空探测器新一代自主导航方法及其关键技术，展望了深空探测自主导航技术发展趋势。最后，分析了在深空探测不同阶段中，自主导航的具体应用方案。可以预见，随着深空探测活动的不断深入，自主导航技术将会得到更大的发展，并将对航天技术本身产生巨大的牵引和带动作用。
【关键词】深空探测 自主导航 天文导航 脉冲星导航 图像匹配
【中图分类号】 V11 【文献标识码】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2017.05.006
王新龙，北京航空航天大学宇航学院教授、博导。研究方向为自主导航、惯性导航、卫星导航以及组合导航与信息融合技术。主要著作有《惯性导航基础》《捷联式惯导系统的动、静基座初始对准》《SINS/GPS组合导航技术》《GPS接收机硬件实现方法》等。
深空探测是人类航天活动的重要领域，是人类了解太阳系和宇宙，进而考察、勘探、利用甚至定居其他星球的第一步，是继卫星应用、载人航天之后的又一航天技术发展新领域。深空探测对一个国家的科学研究、经济发展和军事应用都有无比重要的作用，已作为衡量一个国家综合国力和科学技术发展水平的重要特征与标志，引起世界各国的极大关注。美国、欧空局、俄罗斯、日本以及印度等世界主要航天大国都提出了未来的深空探测计划，要对各大行星及其卫星进行载人或无人探测。
2007年10月24日，我国成功发射嫦娥一号探月卫星，实现了中华民族的千年梦想。2013年12月2日，我国发射嫦娥三号探月航天器，它不仅成功地在月球表面实现了软着陆，并且还在月球上释放我国首辆“玉兔”月球车，对月面进行巡视勘察，获取月球物质成分，发回数据和图像供进一步分析研究。此次探月成功开启我国航天的新篇章，使我国成为继美俄之后第三个在月球实施探测器成功软着陆的国家。2016年11月3日，随着我国大型长征5号运载火箭成功发射以及其他深空探测技术和经济实力的提高，我国已具备探测火星甚至更远太阳系行星的能力，正在开展以火星、金星、小行星探测等太阳系行星探测任务的实施方案论证。
目前，深空探测器的导航主要依赖于地球上的深空测控网进行遥测遥控。由于深空探测器距地球遥远、飞行速度快、运行时间长，这种基于地面测控的导航方法在导航精度、实时性、覆盖性、可靠性等诸多方面受到限制，难以满足深空探测对高精度实时导航的迫切需求。自主导航是指不依赖地面支持，而是利用航天器上自备的测量设备，实时地确定自身位置和速度或进行相关的轨道确定和导航参数解算。深空探测器实现自主导航一方面可以克服地面测控导航在实时性、运行成本和资源上的限制，增强深空探测器的自主生存能力；另一方面可与地面测控相互补充，共同提高深空探测器的导航精度和实时性。因此，深空探测器自主导航技术受到了国内外广泛的关注，是当今航天科技与应用优先发展的关键技术之一，也是深空探测器自动飞行控制技术发展的趋势。
目前，我国2030年前深空探测总体规划已经完成，第一阶段的火星探测任务实施已经启动。基于此，本文对深空探测器自主导航方法、自主导航关键技术、发展趋势以及方案设计等问题进行讨论与分析。
