【摘要】深空探測是我國太空戰略的重要組成部分，是繼衛星應用、載人航天之后的又一航天技術發展新領域。傳統基于地面測控的航天器導航方式在導航精度、實時性、覆蓋性、可靠性等諸多方面受到限制，難以滿足深空探測對高精度實時導航的需求。因此，本文詳細闡述了深空探測器新一代自主導航方法及其關鍵技術，展望了深空探測自主導航技術發展趨勢。最后，分析了在深空探測不同階段中，自主導航的具體應用方案。可以預見，隨著深空探測活動的不斷深入，自主導航技術將會得到更大的發展，并將對航天技術本身產生巨大的牽引和帶動作用。

【關鍵詞】深空探測 自主導航 天文導航 脈沖星導航 圖像匹配

【中圖分類號】 V11 【文獻標識碼】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2017.05.006

王新龍，北京航空航天大學宇航學院教授、博導。研究方向為自主導航、慣性導航、衛星導航以及組合導航與信息融合技術。主要著作有《慣性導航基礎》《捷聯式慣導系統的動、靜基座初始對準》《SINS/GPS組合導航技術》《GPS接收機硬件實現方法》等。

深空探測是人類航天活動的重要領域，是人類了解太陽系和宇宙，進而考察、勘探、利用甚至定居其他星球的第一步，是繼衛星應用、載人航天之后的又一航天技術發展新領域。深空探測對一個國家的科學研究、經濟發展和軍事應用都有無比重要的作用，已作為衡量一個國家綜合國力和科學技術發展水平的重要特征與標志，引起世界各國的極大關注。美國、歐空局、俄羅斯、日本以及印度等世界主要航天大國都提出了未來的深空探測計劃，要對各大行星及其衛星進行載人或無人探測。

2007年10月24日，我國成功發射嫦娥一號探月衛星，實現了中華民族的千年夢想。2013年12月2日，我國發射嫦娥三號探月航天器，它不僅成功地在月球表面實現了軟著陸，并且還在月球上釋放我國首輛“玉兔”月球車，對月面進行巡視勘察，獲取月球物質成分，發回數據和圖像供進一步分析研究。此次探月成功開啟我國航天的新篇章，使我國成為繼美俄之后第三個在月球實施探測器成功軟著陸的國家。2016年11月3日，隨著我國大型長征5號運載火箭成功發射以及其他深空探測技術和經濟實力的提高，我國已具備探測火星甚至更遠太陽系行星的能力，正在開展以火星、金星、小行星探測等太陽系行星探測任務的實施方案論證。

目前，深空探測器的導航主要依賴于地球上的深空測控網進行遙測遙控。由于深空探測器距地球遙遠、飛行速度快、運行時間長，這種基于地面測控的導航方法在導航精度、實時性、覆蓋性、可靠性等諸多方面受到限制，難以滿足深空探測對高精度實時導航的迫切需求。自主導航是指不依賴地面支持，而是利用航天器上自備的測量設備，實時地確定自身位置和速度或進行相關的軌道確定和導航參數解算。深空探測器實現自主導航一方面可以克服地面測控導航在實時性、運行成本和資源上的限制，增強深空探測器的自主生存能力；另一方面可與地面測控相互補充，共同提高深空探測器的導航精度和實時性。因此，深空探測器自主導航技術受到了國內外廣泛的關注，是當今航天科技與應用優先發展的關鍵技術之一，也是深空探測器自動飛行控制技術發展的趨勢。

目前，我國2030年前深空探測總體規劃已經完成，第一階段的火星探測任務實施已經啟動。基于此，本文對深空探測器自主導航方法、自主導航關鍵技術、發展趨勢以及方案設計等問題進行討論與分析。