小行星远距离抵近轨道

讨论了小行星引力一阶项可被忽略情况下的小行星远距离轨道设计及动力学。此时,航天器的运动受太阳引力和太阳光压的影响。航天器和小行星的加速度之差在这两者之间形成的独特的相对动力学,为航天器在小行星附近停驻与观测提供特定轨道。完整解决了小行星处于圆形日心轨道这一较简单情况,也考虑和阐述了椭圆轨道情况,并取得了一些初步结果。     

考虑太阳摄动的小行星附近轨道动力学

本文研究了艳后星(216 Kleopatra)和爱神星(433 Eros)附近的周期轨道,在考虑太阳引力摄动的情况下,发现了以往所遗漏的216 Kleopatra轨道族和环绕433 Eros的12族周期轨道,并且给出了它们的特性。研究结果表明,太阳引力对小行星平衡点位置的影响很小,但是对平衡点上航天器运动的影响较大。同族不稳定轨道中,大Jacobi常数轨道更容易在摄动后保持轨道原来特性,这很好地解释了小行星卫星在较远轨道上长期存在的可能性。     

一种不规则小行星附近周期轨道全局搜索策略

研究不规则小行星附近的自然周期轨道,有助于更好地认识小行星附近的动力学特性。周期轨道的搜索过程需要频繁地进行轨道递推,其中绝大多数的计算时间消耗在不规则小行星附近的引力加速度计算中。为提高加速度计算效率,提出一种不规则小行星引力加速度快速估计方法;在此基础上,通过参数空间内随机化粗略搜索获得周期轨道的初值猜想;利用遗传算法在初值猜想附近区间进行精细搜索,找到周期轨道的初值。通过对不规则小行星433 Eros附近周期轨道的搜索,对其附近不同形状的周期轨道进行了分类,分析周期轨道在小行星附近的分布规律。     

电磁航天器编队悬停鲁棒协同控制方法

针对电磁航天器编队近地轨道悬停问题,提出一种在缺少参考轨道准确信息时的协同控制方法。用TH方程描述航天器间的相对运动,选择与参考轨道同周期的圆轨道为标称轨道。将参考轨道相对于标称圆轨道的偏差、地球非球形引力、大气阻力及其他天体引力等参数单独归类,视其为不确定量,构成不确定系统。通过引入一致性理论,在电磁作用模型和动力学方程均存在不确定性的条件下,针对航天器编队悬停的目标设计了鲁棒协同控制律。考虑能量消耗最优和均衡以及轨道姿态解耦,给出了通过优化进行磁矩配置的方案。仿真结果表明,所设计的鲁棒协同控制律能够实现编队电磁航天器高精度悬停,所给出的磁矩配置方案能够实现磁矩的合理分配。      

太阳系天体引力对空间引力波探测日心编队构型的影响分析

针对太极空间引力波探测任务,建立了太阳系天体引力摄动对日心编队构型影响的数学模型,利用仿真手段分析了太阳系中行星和月球、矮行星和小行星引力摄动对空间引力波探测日心编队构型的影响,提出了一种综合考虑小行星到卫星轨道距离和星等的二重筛选方法,能够快速估计小行星相对加速度的上界.分析了日心编队构型卫星初始相位角变化对太阳系天体引力摄动的影响.仿真结果表明,在行星和月球中,地球、金星和木星引力对空间引力波探测编队构型影响较大,行星和月球的引力叠加影响达到-2.78×10-11km·-2.矮行星的引力叠加影响不大于1.25×10-17km·-2,小行星引力的叠加影响不大于1.1180×10-15km·-2.另外,编队卫星受到的太阳系天体引力摄动对编队构型卫星初始相位角的变化不敏感.      

航天器上为什么有失重环境？

太空中不存在没有引力的区域，但在两个天体之间却存在引办相互抵消的引力平衡点，如果航天的运动轨迹始终处于引力平衡点上，航天器就会平步青云失重环境。不过，航天器上的失重环境不必只在这种特殊条件下才有，凡是做轨道运动的航天器，都会具有失重环境。     

登陆小行星从海底起步

除了家园地球之外,人类仅仅登上了月球这一个天体,并计划着登陆火星。此外,美国航宇局还设想在不远的将来能够登上一颗近地小行星。不过,登陆小行星可能会比登陆火星更加困难。难点在于两个方面,一个是引力环境。月球的引力只有地球的六分之一,所以阿波罗登月的航天员在月球上是蹦跳着行走的。而小行星的引力如何呢?     

伴随轨道拟合技术

航天器的伴随轨道可以执行各种特殊任务。文中给出一种从伴随轨道确定两个航天器轨道要素的方法,这一方法也可推广应用于多个航天器的情况。     

三小行星系统216 Kleopatra引力场中的动力学

主带三小行星系统216 Kleopatra是由主星216 Kleopatra及两个小月亮(moonlet)Alexhelios[S/2008(216)1]和Cleoselene[S/2008(216)2]组成。其中主星216Kleopatra是一个具有强不规则形状如哑铃的连接双星,大小为217km×94km×81km,外小月亮Alexhelios大小约为8.9km,内小月亮大小约为6.9km。其动力学行为具有非常丰富的科学内涵。研究了三小行星系统216Kleopatra自身的动力学机制及其引力场中探测器的运动规律,分析了主星质心固连系中探测器的动力学方程,给出了三小行星引力全多体问题的动力学方程及Jacobi积分,方程考虑了三个小行星的不规则外形、轨道与姿态。发现三小行星系统216Kleopatra主星引力场中一种新的周期轨道族的倍周期分岔。考虑主星的不规则精确外形与引力、两个小月亮的相互作用,研究了该三小行星系统的动力学构形。发现Kleopatra的强不规则几何外形及两个小月亮Alexhelios和Cleoselene的相互作用引起两个小月亮的轨道参数的显著变化。     

预防小行星撞击地球的十大措施

正自从人类认识到近地小行星(NEA)的撞击危险性以来,一直在思考如何减轻和避免小行星撞击地球带来的灾害,并提出了许多应对措施。从不同的角度出发,可以将这些措施分成几种类型。按对撞击者处理方式不同,可分为偏转小行星的轨道和击碎小行星两种方式;按使用的能源不同,可分为动能、电磁能、引力、太阳能以及核能等方式;按接近小行星的方式不同,可分为拦截、轨道交会等方式;根据是否能快速地向目标传递能量,还可以分为直接和间接两种方式。究竟采取何种方式,要根据撞击可能发生的时间、撞击者的大小和轨     

研究小行星的航天器

美国航天局最近宣布.计划发射第一个绕小行星运转的航天器.它将对一个叫故“爱神星”(小行星432号)的巨型太空石进行研究.这是很多有时经过地球的小行星中的一个.科学家认为,通过“家神星”对小行星进行研究.有助于说明行星(地球)是怎样形成的.这一航天器将在2年以后发射,它将是美国航天局研制的用以研究太空的较小、较快而且花钱较少的运载工具的第一个航天器.     

平面引力辅助中施加脉冲的最优位置

在引力辅助过程中施加脉冲可以改善变轨效果。虽然轨道设计中一般将施加脉冲的位置设置在轨道的近拱点,但是并没有研究表明近拱点是施加脉冲的最优位置。为了研究平面引力辅助中施加单次共面脉冲的最优位置,首先采用6个参数对变轨过程进行描述,其中3个参数表征平面引力辅助、2个参数表征脉冲的大小与方向、1个参数表征施加脉冲的位置。然后将航天器的状态向量表示成参数的函数,进而求出变轨之后航天器的能量变化。研究施加脉冲的位置对航天器能量的影响,结果表明最优位置一般并不是近拱点,在最优位置施加脉冲比在近拱点有时可高效20%以上。      

深空探测航天器巡航段自主导航方法研究

对深空探测航天器自主导航方法进行了研究。为了应对深空探测中航天器轨道动力学模型的误差，在分光计测量航天器相对于太阳径向速度基础上，引入了小行星的视线矢量测量。通过最小二乘法计算出由小行星视线矢量所得到的位置信息，采用改进的信息融合方法修正扩展卡尔曼滤波中不精确的动力学模型造成的状态估计误差。同时计算了模型的能观度，对模型的可观性进行了分析。最后对算法进行了仿真分析，仿真结果表明，该算法对动力学模型的依赖性明显低于其他算法，在相同模型精度下，可获得更好的滤波精度。     

利用月球引力场改变地球卫星轨道倾角原理

文章以休斯公司利用月球引力拯救“亚洲三号”通信卫 星的活动为背景,引入影响球的概念,对利用天体引力场改变航天器运行轨道倾角的原理进 行了探讨,并得到利用目标天体改变轨道倾角所应满足的两个条件：目标天体的运行轨道和 空间位置。利用一条假设的卫星轨道说明了月球引力场对其轨道倾角的影响。     

基于电推进卫星飞往Halo轨道的转移轨道研究

利用电推进及轨道力学的特性实现节能优化,将限制性三体问题中的稳定不变流形与小推力轨道优化相结合,研究全电推进卫星从地球停泊轨道飞向日地拉格朗日L2点Halo轨道的低消耗转移轨道.航天器的转移轨道分为逃逸段、拼接段与无动力滑行段.在逃逸段卫星沿速度方向加速脱离地球引力,拼接段采用Radau伪谱法进行优化,使航天器以最短时间到达目标Halo轨道的稳定不变流形上,随后航天器电推进系统关机,沿稳定不变流形无动力滑行至目标轨道.基于雅克比积分常数给出拼接段轨道初始猜测值,以先提高切向方向航天器能量避免了全程优化离散点过多难以求解的问题.仿真结果表明,该方法收敛速度较快,对平动点工程任务的初期轨道特性计算具有实际意义.      

太阳系中的“行星际超高速公路”

<正>借助行星的引力,探测器可以在不使用燃料的情况下游历于太阳系。在过去的十年中,意在改进航天器轨道的科学家在太阳系中发现了一种"底层"的结构。但它并不是英国物理学家牛顿所描述的行星和卫星精确地绕太阳运动。     

如何将小行星改成武器

本刊在今年第6期和第8期介绍了把小行星作为武器的威力,本文介绍了美国小行星任务的三个阶段以及每一阶段的主要任务和关键技术。重点分析第二阶段和第三阶段中美国航宇局(NASA)没有公开说明的部分,即第二阶段的月球远程逆行轨道和第三阶段中航天员的作用和任务。作者认为:月球远程逆行轨道与小行星重定向没有明显关系,该轨道主要是用来部署小行星太空武器,它是小行星武器的理想轨道;在第三阶段中用自动化装置或机器人即可完成在小行星上采集样品,完全不需要航天员,航天员到上面的真正目的是完成小行星的武器化改装,即将自然小行星改装成真正的太空武器。作者观点不代表本刊立场。     

2016HO3探测任务星载光学观测量建模及定轨

以中国首次小行星探测任务为背景，根据星载相机获取的光学影像构造三种观测量，分别为小行星相对于航天器的高度角和方位角、赤经赤纬以及探测器与行星/小行星之间的夹角，分析了其在探测器定轨中的作用。仿真定轨结果表明，观测时长为100 h，探测器三轴位置误差小于50 km，满足工程上对巡航段的轨道精度要求，但x和y方向的位置和速度分量具有较强自相关性。此外还发现，使用单一观测数据类型比联合观测量的定轨精度低3～4个量级，第三类观测量相对于其他两类观测量在定轨精度方面具有显著作用，这表明在2016HO3探测中，利用太阳系大天体的位置信息有助于约束探测器轨道，提高探测器的定轨精度。     

航天器两种常用涂层的电导性能实验研究

航天器表面在轨道运行中会出现电荷积累现象,尤其高轨道航天器这种现象更为严重。改善航天器表面的导电能力是解决这一问题的有效途径之一。据此,本文对两种常用的航天器表面涂层在模拟空间亚暴环境下电导性能的变化及其规律作了实验研究。     

2021年世界航天十大新闻

1.人类航天器首次成功穿越太阳日冕层 12月14日,美国宇航局宣布帕克号太阳探测器成功飞越太阳的高层大气,这是人类航天器第一次成功穿越太阳日冕层.帕克号太阳探测器发射于2018年8月,计划7次飞掠金星,借助其引力助推来逐渐刷新轨道近日点纪录,最终于2024年12月到达距离太阳表面620万千米的范围内.