太阳能月球车探索月球阴影区域的安全任务级路径规划

使用太阳能月球车探索月球南极具有挑战性，因为太阳光照条件高度动态且存在永久阴影区（PSRs）。因此，在空间和时间上进行仔细规划至关重要。任务级路径规划是一种全局时空范式，可应对这一挑战，同时考虑月球车资源和任务要求。然而，现有方法并未主动考虑随机扰动，例如可能暂时延迟月球车行进进度的重复故障。在本文中，我们针对受随机故障影响的太阳能月球车探索PSRs的问题，制定了一个机会约束的任务级规划问题。目标是找到一种策略，在满足任务失败概率上界的同时，尽可能多地访问具有科学兴趣的路点。我们的方法假设故障随机发生，但以已知的恒定平均速率发生。每个故障在固定时间内解决，模拟自主系统的恢复期或人类操作员团队干预所需的时间。与仅基于动态规划的解决方案不同，我们的方法将机会约束优化问题分解为较小的离线和在线子任务，以使问题在计算上易于处理。具体来说，我们的解决方案将现有的任务级路径规划技术与随机可达性分析组件相结合。我们找到的任务计划在整个大状态空间中始终保持在安全可达范围内。为了经验验证我们的算法，我们使用Cabeus陨石坑的轨道地形和光照地图模拟任务场景。还展示了在LCROSS撞击区域进行的多日、长距离行驶模拟结果。