小行星形貌测绘与表征技术

小行星表面形貌测绘是深空小行星探测的首要任务。提出了一种适应探测器抵近观测的立体视觉在线测绘小行星形貌的方法,即先由立体相机获得所摄重叠区的三维地形,再用前后立体模型的连接点将各个独立模型连成一个完整地形信息,经整体最小二乘平差,确定小行星的形貌模型及特征;同时提出了一种基于等值线分析的撞击坑特征提取方法,即通过提取、分析地形等值线识别出地形中撞击坑特征。实验结果显示,本文所构建的原型系统能够快速重建出探测区域的三维地形,并识别出地形中撞击坑特征,证明了所提方法具有实用性。     

载人小行星探测推进技术初步方案设想

随着深空探测技术的发展,小行星探测已成为21世纪深空探测的重要内容之一,并逐渐由无人探测向载人探测发展。载人小行星探测由于航程远,任务周期长,对推进系统提出了更高的要求。1引言近年来,随着深空探测技术的发展,小行星探测逐渐成为深空探测的热点。各主要航天国都提出了相应的探测计划,美国已于2010年提出了载人登陆     

用于小行星探测的离子推力器技术研究

随着我国深空探测技术的发展,近地小行星的探测已列入实施计划,后续的深空探测活动也在规划中。研究基于国外深空探测技术对离子推力器的技术需求以及应用情况,针对我国小行星探测离子推进技术的应用进行了分析与研究。着重阐述了满足我国首颗近地小行星探测使命的离子推力器研究,以现有成熟离子推力器为基础,对其进行性能提升研究。性能改进后的离子推力器,能够实现40和60mN两种工作模式,通过组合应用,可实现40、60、80、100和120mN共5种推力模式,以满足小行星探测的需求。     

小行星三维地形模型几何重建方法

DOI： 10.3969/j.issn.1674 1579.2020.01.008小行星三维地形模型几何重建方法刘兴潭,武延鹏,吴奋陟,顾营迎,郑然,梁潇摘要： 小行星全球测绘对深空探测定点着陆具有重要意义.通过对绕飞段光学敏感器拍摄的序列图像进行几何立体重建方法的研究,可以实现探测器位姿信息未知情况下的三维地形建模.综合小行星表面特性、小行星运行特点与探测器飞行需求,首先通过全局的运动恢复结构完成小行星稀疏点云重建,再利用多视角场景重建对点云进行稠密化得到致密均匀的网格.然后采用隼鸟号探测器绕飞阶段实测影像,对小行星糸川(25143 Itokawa)的三维地形进行仿真重建,分辨率为0.36 m;并在光学实验室对3D打印的小行星比例模型进行模拟观测实验,得到重建分辨率为0.67 m.最后通过点云配准,进一步验证方法的有效性.结果表明,本方法稳定性较强,在分辨率要求在米级范围内的情况下,能够较好地针对小行星表面地形进行三维重建.     

小行星探测电推进系统方案研究

小行星探测以及资源开发与利用对国家抢占深空探测主动权和制高点有着不可估量的战略意义。电推进具有高比冲、长寿命和高度自主巡航等特点,小行星探测器采用电推进执行巡航阶段轨道机动任务,将大幅减少推进剂重量和提高载重比。调研了国外小行星探测的电推进系统方案,针对我国小行星探测对电推进系统的任务需求及现有电推力器的技术基础,提出了5种电推进系统方案,并进行多维度对比,对最优方案进行了设计和关键技术梳理。     

深空探测领域开展国际合作的可行性分析

深空探测是当今世界科技发展的前沿领域,具有很强的基础性、前瞻性、创新性和带动性,开展深空探测对于科技进步和人类文明的发展具有重要意义。深空探测重点包括月球探测、火星探测、巨行星探测、小行星及彗星探测等。自20世纪50年代末以来,世界多个航天国家积极开展深空探测活动,空间探测活动的范围逐渐扩大,探测任务也趋于多样化。     

空间风化对C型小行星的光谱影响研究概述

C型小行星主要由硅酸盐矿物和含碳有机质组成，保存了太阳系形成初期的原始物质，是认识太阳系形成初期的重要物质，对研究水和生命起源与演化具有重要科学意义。目前对小行星物质组成的认识主要基于光谱特征分析，但长期的空间风化作用会改变小行星表面物质的光谱特征，所以认识小行星的物质组成需要准确厘清空间风化对光谱的影响。随着中国小行星探测工程的推进，迫切需要深入认识C型小行星的光谱特征及对空间风化的响应规律。为此，分析了C型小行星的反射率、水和有机质吸收等光谱特征以及空间风化的影响，提出研究存在的主要问题，进而指出了该研究方向的未来发展趋势和研究重点。     

载人火星和小行星探测任务初步分析

载人火星和小行星探测是未来深空探测的重要发展方向,以美国为代表的航天强国正在积极开展相关方案论证和技术攻关。由于任务规模庞大,受制于目前以化学推进为主的运输系统能力限制,要进行火星、小行星探测,必须发展重型运载火箭、轨道转移级等运载工具。从载人火星、小行星探测任务规划的角度出发,对总体任务进行了初步分析,提出了初步的系统方案。     

碎石堆构造小行星表面地形分析与仿真验证

人类迄今对太阳系小天体开展的探测包括地基、天基远距离观测和"罗塞塔号""隼鸟号"等探测器的抵近观测、着陆取样等。对具有碎石堆构造特性的小行星表面地形特性进行研究,提出了一种生成小行星表面地形仿真模型的方法,建立石块生成模型,对影响地形构造的石块幂律分布规律进行实验模拟。根据小天体着陆段导航方法验证及表面操作执行机构验证需要,选择并仿真生成了5种典型地形。实验结果表明:按照本文方法生成的仿真地形与实际探测得到的小行星表面局部地形相比一致性较好,可用于近操作任务中的着陆机构验证和地形相对导航算法初步验证。     

小行星探测科学目标进展与展望

由于较好地保留了太阳系早期形成和演化历史的遗迹,小行星,尤其是近地小行星,已成为国际深空探测领域的研究热点。介绍了小行星的定义、分类和主要探测方式,指出目前小行星探测已进入空间探测的新时代;总结了国际小行星探测的现状,包括已实施和正在实施的小行星探测任务的科学目标、科学载荷配置,以及获取的主要科学数据等;探讨了未来小行星探测的发展趋势和主要科学问题,并对我国未来自主小行星探测任务科学目标的制定进行了展望。     

The dynamical environments analysis of surface particles for different shaped asteroids

Asteroids are coming to be a popular topic in the areas of astrophysical studies and deep space exploration recently. However, surface dynamics of asteroids is still a difficult problem. This paper aims at the motion analysis of surface particles for different asteroids. The dynamical analysis method of particles’ movement is given for three parts: global motion trend, local motion trend and static analysis. A dimensionless parameter ζ is defined to distinguish the predominant term to determine the distribution of effective potential. Three kinds of common asteroids: spheroidal asteroid, spindle-shaped asteroid and dumbbell-shaped asteroid are all discussed for those three parts with different parameter ζ. The motion trend of particles on the surface of each kind of asteroid is given. The static analysis of surface particles for different asteroids is also illustrated. Based on them, some common rules for different shaped asteroids are revealed. This paper could not only provide a reference for asteroid exploration missions but also be meaningful for the research of morphologic evolution of asteroids.     

适用于月面高温环境的嫦娥三号地形地貌相机热设计

“嫦娥三号暠月面探测器上安装的地形地貌相机工作时直接暴露在月面高温环境下,受月表红外辐射影响很大,给热控设计带来很大难题。为解决设备工作时的高温问题,在外热流分析的基础上提出了以“最佳散热位置暠为核心的热控方案,设备处于“最佳散热位置暠时能够获得较好的初始温度和最快的降温速率;另外通过把散热面布置在月表红外辐射热流最小的位置并在除散热面以外的其他表面包覆多层隔热组件这两个措施,可以最大程度减小月表红外辐射的影响。地形地貌相机在轨开机工作前的各飞行阶段遥测数据均满足存储温度指标要求并且有较大余量;开机工作环拍一周的遥测数据满足工作温度指标要求并且与热分析结果符合较好,初始温度与遥测温度数据偏差为-1灡7曟,温升速率和降温速率偏差分别为14灡9%和16灡9%。这表明该热控方案正确可行,可为后续中国深空探测类似热控问题参考。     

小推力转移燃料消耗估计的机器学习方法

深空探测任务设计初段往往需要求解复杂的全局优化问题。小推力轨迹的设计与优化问题精确求解较为复杂,求解速度较慢。由于计算能力与时间要求,不可能在全局优化的过程中对每一个方案都进行精确的小推力数值求解,所以在全局优化阶段需要对小推力转移进行快速准确地估计。采用机器学习的方法,对燃料最优小推力转移的燃料消耗进行了估计,其结果明显优于目前最为常用的Lambert估计方法。根据轨道描述方法的不同以及是否带有Lambert估计特征,采用不同的特征组合进行机器学习,分析结果发现带有Lambert估计特征的春分点轨道根数的特征组合为较好的机器学习特征组合。可为未来深空探测任务轨道设计提供参考。     

小行星与陨石的光谱联系

Bus-DeMeo光谱分类系统中有24种小行星光谱类型以及约27种陨石矿物学类型。小行星和陨石之间的光谱联系在质量和可靠性上差异很大原因主要是某些矿物学中缺乏诊断特征和空间风化作用。将回顾从可见光和近红外光谱中远程获取的小行星矿物学信息,讨论如何从地质学家的角度理解小行星的光谱辨识。     

深远空连续推进动力与施图林格解的解析

针对太阳系远深距离的探测将是人类下一阶段深空探测活动的主要目标。这一目标的实现依赖于探测器连续推进动力技术的突破。从描述连续常值推力下太空飞行的施图林格解出发,对其中反映的深远空飞行任务有效载荷比、任务时间、飞行距离等关键参数与发动机性能之间的关系进行了深入分析。给出了在特定任务时长、特定飞行距离要求下发动机比冲、功率需要满足的条件及其对有效载荷比、最终飞行速度等指标的影响。此外,基于二体轨道动力学对太阳系行星探测的大椭圆转移轨道和转移能量进行了推导,并对连续推力的太阳帆任务方案涉及的关键技术指标做了理论性的计算。这些结论是对深空探测连续推力方案基础理论的归纳,可以为我国未来开展深远空探测活动提供重要的启发和指导。     

深空撞击载荷总体技术分析与效能仿真

以近地小行星2016HO3为深空撞击目标开展科学探测,从爆炸成型弹丸技术、安全可靠爆炸技术、撞击载荷分离技术、撞击效能仿真技术等7个方面系统详细地进行了基于聚能爆炸成型弹丸的撞击载荷技术体系解析与技术内涵阐述,给出了深空撞击载荷初步总体设计方案;通过弹丸撞击靶板的数值模拟仿真,得到了撞击速度在0.2～0.4 cm/μs...     

陨石、流星体与小行星及彗星的演化关系

小行星、彗星和流星体(meteoroid)都是绕太阳公转的小天体,它们只是在轨道特性和物理-化学性质方面有所不同,流星体泛指在行星际空间运行的、质量从10~(-16)克微流星体或微尘到10~8克的所有小天体,当它们闯入地球大气时与大气剧烈碰撞而产生发光的流星(meteor)现象,落到地面的流星体残余则称为陨石或陨星(meteorite)。     

一种深空粒子采样返回探测器构型设想

以太阳风粒子、深空尘埃等为目标的采样返回探测任务是空间科学与深空探测研究的热点方向之一。对“星尘号”“起源号”两个典型采样返回探测器的构型进行了分析,并梳理了其主要构型特点。结合我国月地高速再入返回飞行器的构型特点,提出了一种深空粒子采样返回探测器构型的设想：总体构型由长方形主体和流线型返回器组成,主体构型适应于承载返回器和其他装器设备,返回器构型适应于样品收集和再入返回气动外形。设计方案采用了充气式采样器进行粒子收集,具有体积小、重量轻、折叠效率高、展开可靠、工程实施简单等特点,并采用了可重复收拢展开的太阳翼,能够适应收集不同类型深空粒子的需求。     

A fast Chebyshev polynomial method for calculating asteroid gravitational fields using space partitioning and cosine sampling

This paper presents a computationally fast method for solving gravitational accelerations near irregularly-shaped asteroids. This method is based on analytical three-dimensional Chebyshev polynomial approximation of the polyhedral gravity. For the purpose of improving the approximation accuracy, space partitioning schemes based on practical flight zones is used to avoid interpolation the whole space around the target asteroid. Specifically, a minimum ellipsoid close to the asteroid surface is defined to select the space for surrounding trajectories with safe distance and a cone connected to the surface is defined to select the space for descent trajectories. Moreover, interpolation points are sampled in a cosine sampling fashion according to the Chebyshev-Gauss-Lobatto nodes and a radial adaption technique. The performance of different space partitioning schemes is analyzed. The effectiveness of the proposed method is validated through simulations of solving gravitational accelerations at the test points near different shaped asteroids 1996 HW1, 433 Eros, 25143 Itokawa and 101955 Bennu.