小行星探测发展综述

小天体上保存着太阳系形成初期的原始成分,同时可能蕴含着地球生命与水起源的重要线索,是研究太阳系起源和演化历史的活化石。近年来,小行星探测已成为主要航天国家深空探索领域的重点发展目标之一。简要总结了国际上小天体探测历程,对小行星探测的研究和发展趋势进行了综述,重点探讨了未来小行星探测任务面临的主要关键技术,并对中国后续开展小行星探测活动提出了相关建议。     

小天体探测关键技术和特点

正包含小天体探测任务在内的空间探测任务是当前最为复杂的航天任务之一,实施空间探测需要多方面的技术支持。美国在《2015 NASA技术路线图》中将空间探测任务涉及的关键技术分为15个领域,包括发射推进系统,空间推进系统,进入、下降与着陆系统,材料、结构、机械系统与制造等。每个技术领域都包含了多项关键技术,但大多数技术是所有空间探测任务都需要的。这里重点介绍小天体探测特殊性带来的关键技术,并结合任务中各项技术的应用情况进行详细阐述,包括行星借力及先进推进技术,小天体着陆技术和小天体采样返回技术。     

小天体表面采样技术综述

小天体是人类了解太阳系起源演变的重要载体,承载着丰富的科学信息。同时小天体含有丰富的贵金属及稀有元素,具有巨大的利用价值,对小天体进行采样探测具有重要的科学与工程意义。通过调研小天体表面特性以及国外小天体采样技术研究现状与成果,总结了小天体环境对采样探测的特殊要求,归纳了小天体表面采样探测具有低反作用力、轻量化、小型化、低能耗化,需适应附着与接触探测模式等特点,提出了对小天体采样探测的技术需求,为小天体采样探测技术深入研究提供支撑。     

小天体附近的轨道动力学研究综述

小天体附近的轨道动力学是现代天体力学的一个重要研究方向,包含着丰富的物理现象和深刻的数学内涵;随着一系列小行星实地探测任务的深入开展,理解小天体附近的轨道运动规律也成为航天领域所面对的众多挑战之一。回顾了小天体研究和探测的历程,分析了小天体附近轨道动力学问题的基本特点和科学价值;详细介绍了航天动力学、行星学和非线性科学三个学科领域对该问题的讨论和研究进展,并列举了各领域中相关的热点问题;基于对上述研究现状的分析,尝试展望了该研究方向未来的发展趋势。     

动能侵彻式星壤物性原位触探技术研究进展

动能侵彻式原位探测是一种获取星壤剖面结构、物质成分和物性参数的有效技术手段.综述了星壤剖面动能侵彻式原位探测技术的研究现状和发展趋势,提出了动能侵彻式原位触探的关键技术及其解决途径;结合中国未来深空探测总体规划和关键技术攻关需求,提出了适用于月球、火星及小天体的动能侵彻式原位触探方案,为即将实施的地外天体着陆探测工程立...     

我国小天体探测任务设想

正小天体是太阳系重要的组成部分。研究普遍认为,小天体保留了早期太阳系起源、形成与演化时的重要信息,可能蕴含着地球生命起源的重要线索,是研究太阳系起源的"活化石"。开展小天体探测在揭示生命起源、推动技术进步、开发天然资源、保护地球安全等方面意义重大,影响深远。小天体探测任务是我国行星探测重大工程规划的又一个标志性项目,将通过一次任务,实现对近地小行星的近距探测、采样返回以及对主带彗星的探测,有望突破多项关键技术,获取原创性科学成果,进一步提升我国的深空探测技术能力,力争在小天体探测技术领域进入国际先进行列。     

雷达技术在小天体任务中的应用研究

在小天体任务中,雷达技术可用于浅表层探测和全球内部结构探测。总结了国内外雷达技术在天体探测任务中的应用现状,分析了单站和双站雷达系统的不同应用场景,对比了单站雷达中的轨道器雷达、表面巡视器雷达的不同特点。在此基础上,研究了小天体的可能结构、可能物质,介绍了单站、双站雷达的基本工作原理,提出了针对不同结构小天体可采用的雷达探测体制。针对尺寸较大的分层结构小天体,可采用单站雷达探测天体的浅表层,获取表层和浅表层的介电常数以及表层的深度;对于尺寸较小的碎石堆结构小天体,可采用双站雷达观测天体透射波,获取天体的介电常数和全球内部结构。最后通过仿真实验,验证了双站雷达对于探测碎石堆状小行星全球内部结构的有效性。     

行星着陆自主导航与制导控制研究现状与趋势

行星着陆自主导航与制导控制技术是行星着陆过程的核心技术之一，关系到行星着陆任务的成败。本文基于未来火星和小天体着陆对自主导航与制导控制技术的发展需求，阐述了进一步开展自主导航与制导控制研究的必要性，围绕行星着陆过程环境特点，分析了自主导航与制导控制技术所遇到的挑战，随后概括了行星着陆自主导航与制导控制所涉及的关键技术，并综述了关键技术的研究现状。最后对我国未来行星着陆探测自主导航与制导控制技术的发展方向进行了展望。     

地外巡视探测无人系统自主感知与操控技术发展综述

地外天体探测是空间科学与技术创新的重要途径,是当前和未来航天领域的发展重点之一.地外天体表面巡视探测是拓展探测广度和深度的有效途径.未来月球、火星探测任务对表面探测范围和探测效率的需求明显提高,探测范围从公里级扩展到百公里级以上,移动时速从百米级提高到公里级以上,要求地外巡视探测器具有更强的地外环境适应能力和探测效率.决定地外巡视探测能力的关键因素之一是自主环境感知与操控能力,本文面向我国未来深空探测重大工程任务需求,对地外巡视探测无人系统的自主感知与操控技术发展现状及趋势进行总结分析.     

深空探测人工智能技术研究与展望

面对深空探测远距离、极端环境等带来的一系列挑战,人工智能技术将成为以月球/行星驻留科学探测与资源开发利用为主体的未来深空探测任务的研究重点。在总结分析深空探测人工智能技术发展历程与态势的基础上,分析了深空探测人工智能技术的主要特点,并提出了需重点发展的关键技术。     

国外高分辨率对地成像观测系统现状与发展趋势

分析了国外以光学、雷达、高光谱载荷为主的高分辨率对地成像观测系统的现状和发展趋势，旨在为我国新一代高分辨率对地观测系统提供参考。研究表明：随着微纳卫星、高性能载荷、人工智能等关键技术的快速发展和应用，国外规划的新一代对地观测系统以智能小卫星集群为主，卫星平台研究集中于高性能微纳卫星、软件定义卫星、小卫星群组；载荷研究在提高载荷时间、空间、光谱分辨率的基础上，智能化、一体化、轻小型化是未来的发展趋势。     

双体小行星系统平衡态与稳定性研究

由于双体小行星独特的运动形式可为行星的演化提供重要线索,因而成为小行星探测中的热点目标。基于双椭球体模型研究了双小行星系统的相对运动、平衡态及稳定性。首先基于双椭球的全二体模型建立了双星系统相对运动的动力学方程;其次利用拉格朗日方程,通过求解系统角动量和能量,建立了双星系统平衡态对应的状态约束;最后给出了通过零速度状态曲面判断双星系统平衡态稳定性的一般性方法,在此基础上分析了小行星物理参数变化对系统平衡态稳定性的影响。研究可为未来双体小行星系统探测任务中的轨道设计与控制提供重要的理论参考。     

深空探测器自主天文导航技术综述

在深空探测中,单独使用无线电测控存在精度、实时性、覆盖性等方面的限制。作为无线电测控的有效补充,自主天文导航是保证深空探测任务成功的关键技术之一。面向深空探测对自主天文导航的迫切需求,概述了深空探测器自主天文导航的基本原理,简要介绍了深空探测器自主天文导航的研究进展,并重点分析探讨了深空探测器自主天文导航的关键技术和发展趋势。分析结果可为我国未来深空探测器天文导航系统研制提供参考,并为深空探测任务的总体设计提供帮助。     

火星探测发展历程与未来展望

火星作为距地球最近的类地行星之一,火星探测是继月球探测之后深空探测的最大热点。在简要总结人类火星探测历程与未来发展趋势的基础上,对未来的火星探测规划任务及其面临的主要关键技术进行了重点论述,并给出了相应启示和发展展望;结合我国深空探测能力,并对中国后续开展火星探测活动提出了相关的建议。     

Landing of hopping rovers on Irregularly-shaped small bodies using attitude control

A hopping rover that is driven only by internal or external attitude actuators is an ideal mobility approach for surface exploration of small solar system bodies. Without thrust control and grasping mechanisms, a hopping rover is mechanically simple to design and less prone to mechanical failures, but faces challenges during soft landing. It may rebound from the surface, causing deviations from its original landing site. In this paper, landing of a hopping rover on the surface of an asteroid is investigated, and a strategy using only attitude control to shorten the landing distance is proposed. Based on rigid body impact dynamics, the edge impact configuration is investigated in detail. The factors that affect the impact states of a cube-shaped hopping rover are studied. Then, controlled edge landing is analyzed, in which the post-impact velocity of the hopping rover is changed by controlling its attitude prior to impact. Three guidance schemes are developed, followed by attitude profile generation and finite time stable attitude control. Finally, simulations are performed on an ideal flat surface and uneven terrain. The results show that controlled edge landing can effectively reduce the landing distance and settling time, compared with uncontrolled landing. This study on hopping motion on the surface of an irregular-shaped asteroid with attitude control, can provide a reference for hopper trajectory plan in future asteroid surface explorations.     

深空探测中的激光诱导击穿光谱探测仪

物质成分探测是深空探测领域非常重要的技术领域,激光诱导击穿光谱技术是一种可以非接触式快速获得物质元素成分信息的手段,论文针对2020年我国首次火星探测任务提出的火星表面成分探测仪,阐述了激光诱导击穿光谱技术基本原理,国内外的技术发展现状和趋势,重点围绕火星环境、有效载荷生存性进行了分析,最后论文详细探讨了激光诱导击穿光谱技术中的数据反演和定量化技术。     

在轨3D打印及装配技术在深空探测领域的应用研究进展

以太阳帆深空探测为引子，对以在轨3D打印及装配技术为基础的在轨制造技术的必要性和可行性进行分析，分别阐述了在轨3D打印技术的技术优势、技术可行性以及在轨装配的最新研究进展，并重点研究了美国NASA资助的“蜘蛛制造”在轨制造技术，此项研究成功地将在轨3D打印和空间自主装配有机结合起来，有望突破目前空间可展开机构无法达到万米量级的技术局限性，为中国深空探测的发展提供了一种可供选择的发展思路。     

月球中继通信卫星系统发展综述与展望

中继通信是一些月球探测任务中必须解决的关键问题,特别是月球背面和两极地区的着陆和巡视探测任务以及载人登月任务。对国内外月球中继通信卫星的研究和发展情况进行了综述,在对月球中继通信任务需求分析的基础上,从中继通信体制选择、轨道选择等方面对月球中继通信任务的实现途径进行了分析,并对月球中继通信技术的未来发展进行了展望。