Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences68293110.31857/S0023420625010116HDRDMMArticlesСтатьиResearch ArticleStand and real-conditions testing of an autonomous optical navigation system for operations in circumlunar orbitsСтендовая и натурная отработка оптической системы автономной припланетной навигации на окололунных орбитахZhukovB. S.ЖуковБ. С.
Russian Federation
bzhukov@mail.ruAvanesovG. A.АванесовГ. А.
Russian Federation
bzhukov@mail.ruLiskivA. S.ЛискивА. С.
Russian Federation
bzhukov@mail.ruSmetaninP. S.СметанинП. С.
Russian Federation
bzhukov@mail.ruSpace Research InstituteИнститут космических исследований РАН1501202563111712805062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/682931

Stand testing of an autonomous optical navigation system for operation in circumlunar orbits and during Earth-Moon transfer was performed. The system includes a wide-angle navigation camera for estimation of spacecraft position using observations of the planet’s horizon and of ground control points on its surface, a narrow-angle navigation camera for refinement the SC position using ground control points in higher resolution images, and two star trackers for determination of system orientation. The navigation software was also tested using the image of the lunar surface obtained by the television system STS-L installed on the Luna-25 spacecraft. All the control points from the developed catalog that were located in the imaged area were confidently recognized. The diversion in the spacecraft coordinates as obtained from the optical navigation measurements and from the ballistic forecast was within the expected measurement and forecast errors.

Рассматриваются результаты стендовой отработки системы автономной оптической навигации, рассчитанной для работы на окололунных орбитах и на трассе перелета Земля – Луна. В состав системы входят широкоугольная навигационная камера, предназначенная для определения положения космического аппарата (КА) по горизонту планеты и по контрольным точкам на ее поверхности, узкоугольная навигационная камера, применяемая для уточнения положения космического аппарата по контрольным точкам, с использованием снимков более высокого разрешения, и два звездных датчика для определения ориентации камер. Отлаженное на стенде программно-алгоритмическое обеспечение системы использовано при обработке снимка лунной поверхности, полученного съемочной системой СТС-Л на КА “Луна-25”. Все контрольные точки из разработанного каталога, попавшие на снимок, были уверенно распознаны. Расхождение координат КА, полученных по оптическим навигационным измерениям и по баллистическому прогнозу, оказалось в пределах ошибок измерений и прогноза.

Наземный комплекс управления дальними космическими аппаратами. Перспективы развития / Под ред. Ю.М. Урличича. М.: Радиотехника, 2012. 216 с.Телевизионная съемка кометы Галлея / Под ред. Р.З. Сагдеева. М.: Наука, 1989. 295 с.Bhaskaran S. Autonomous navigation for deep space missions // Proc. Conf. American Institute of Aeronautics and Astronautics. Stockholm, Sweden. 2012. AIAA-2012-1267135. https://doi.org/10.2514/6.2012-1267135Аванесов Г.А., Гордеев Р.В., Гришин В.А. и др. Телевизионная система навигации и наблюдения // Астрономический вестник. 2010. Т. 44. № 5. С. 473–479.Wang Q., Liu J. A Chang’e-4 mission concept and vision of future Chinese lunar exploration activities // Acta Astronautica. 2016. V. 127. P. 678–683. https://doi.org/10.2016/j.actaastro.2016.06.024.Huang X., Xu C., Hu J. et al. Powered-descent landing GNC system design and flight results for Tianwen-1 mission // Astrodynamics. 2022. V. 6. № 1. P. 3–16. https://doi.org/10.1007/s4/2064-021-0118-9/Аванесов Г.А., Жуков Б.С., Сметанин П.С., Михайлов М.В. Отработка технологии автономной навигации КА дальнего космоса на Международной Космической Станции // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 7. С. 41–49. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2020-17-7-41-49Аванесов Г.А., Жуков Б.С., Сметанин П.С. Стенд для отработки технологии автономной припланетной оптической навигации КА // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 3. С. 107–117. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-3-107-117Scholten F., Oberst J., Matz K.-D. et al. GLD100: the near-global lunar 100 m raster DTM from LROC WAC stereo image data // J. Geophys. Res. 2012. V. 117(E12). https://doi.org/10.1029/2011JE003926Hapke B.W. Theory of Reflectance and Emittance Spectroscopy. N.Y.: Cambridge Univ. Press, 2012.Sato H., Robinson M.S., Hapke B. et al. Resolved Hapke parameter maps of the Moon // J. Geophysical Research: Planets. 2014. V. 119. Iss. 8. P. 1775–1805. https://doi.org/10.1002/2013JE004580Жуков Б.С., Жуков С.Б., Форш А.А. Возможности навигационных измерений по лимбу Земли в видимом и ближнем ИК диапазоне // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 2. С. 61–76.Жуков Б.С., Полянский И.В., Жуков С.Б. Автономная оптическая навигация на окололунных орбитах и при посадке на Луну с помощью сверхширокоугольной камеры // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 2. С. 24–35. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2017-14-2-24-35Harris C., Stephens M. A combined corner and edge detector // Proc. 4th Alvey Vision Conference. Manchester, UK. 1988. P. 147–151. https://doi.org/10.5244/C.2.23