多目标多任务深空探测技术初探

在火星上探测水的存在与否,以及在彗星和小行星等小天体中寻找太阳系最早的起源信息是目前国际上深空探测的两个热点。该文分析了我国开展火星水探测和小天体探测研究的必要性,提出了适合同时探测火星及彗星/小行星的多目标多任务深空探测器的初步设想,并对其关键技术进行了初步分析。根据我国的国力和科学探测需要,结合我国未来20年内的主要深空探测发展方向,实施多目标多任务的深空探测任务不仅可以节省发射费用,而且实施结合新技术验证的多目标深空探测活动,可以获得较高的效益。     

深空探测的进展与我国深空探测的发展战略

本文通过对大量国内外深空探测资料的收集整理、分析和总结，对深空探测的五个重点领域-月球探测、火星探测、水星和金星探测，巨行星及其卫星探测，小行星及彗星探测的进展和探测成果分别进行了论述，并在此基础上提出了我国深空探测的发展战略，特别是对月球和火星的探测。根据国际上深空探测的发展趋势和我国科技发展水平，目前深空探测的目的是进一步深入认识太阳系各类天体，探讨太阳系的起源与演化，深空探测的重点是月球与火星，而对巨行星的卫星，小行星与彗星侧重探测水体与生命活动信息，探讨太阳系生命的起源与变化，我国深空探测近期应以月球探测为主导，取得突破性进展，筹备火星探测的预研究，选准科学目标，水星与金星、巨行星的卫星和小行星和彗星的探测，不是深空探测的主潮流，可适当参加国际合作，以期取得进展。     

小天体探测器着陆附着技术研究

探测器着陆附着技术是小天体探测任务中的关键性技术,关系到任务的成败。文章介绍了美国、欧洲、日本已先期开展的部分小行星、彗星等小天体探测任务,对国内外小天体探测着陆附着技术的研究现状进行了说明。分析了北京空间机电研究所提出的一种用于小行星表面勘测的新概念着陆附着系统,并进行了可控重复附着功能设计和试验,结果表明,新系统能够实现在厘米级粗糙尺度的小行星硬质表面可靠附着。由于新系统的附着模块采用了仿生甲虫爪刺抓附原理设计,其着陆缓冲模块展开折叠比高、着陆稳定性强,研究成果可以为中国小行星探测任务提供技术支撑。     

关于太阳系深空资源开发立法的思考

太阳系除地球外的其他行星、矮行星及其卫星和数以亿计的小天体富含大量的水、有机质,有学者和媒体甚至推测在火星—木星轨道间的小行星带可能还存在含镍、铂、金等贵重金属的小天体。对太阳系深空资源的开发,一方面有可能为人类社会发展带来巨大经济效益,另一方面为人类走向深空提供能源、材料以及维持生命所必需的水等资源,具有重要意义和前景。开展太阳系深空资源开发,除需要开展空间技术攻关外,法律方面是不可回避的首要问题。国际社会对太阳系深空资源开发的相关法律活动,主要是联合国开放签署的《外空条约》和《月球协定》,以及美国、卢森堡等国利用相关国际条约规定的模糊性,各自在其国内开展的立法活动。而在我国,虽然航天法尚未出台,但科技界已就太阳系小天体资源探测开展了相关研究。鉴于太阳系深空资源探测正在成为未来航天发展的新热点,而且涉及到国际外交和政治影响,本文建议国家应尽快出台相关法律规定,营建有利的法律环境,保障我国社会资本和企业参与太阳系资源探测与开发活动;另一方面在法律尚不完备的情况下,国家航天主管部门可以出台相关指导意见,允许商业航天以非政府的面貌积极参加开发活动,为最终我国航天在太阳系深空资源探测这一舞台取得先机奠定基础,助力航天强国、科技强国建设目标的实现。     

小行星表面取样技术分析

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。小行星探测也从早期对表面进行简单的拍照观测,发展为着陆探测和物质取样等。1996年2月美国发射的"近地小行星交会"(NEAR)探测器是第一个专用近地小行星探测器,也是第一个在小行星上降落的     

“追星”艰难之旅

在上世纪90年代以前,人们主要通过地面天文观测研究小行星,同时还通过对陨落到地面的小行星碎片进行研究,从而得到小行星物质组成和化学成分。而当前,随着人类深空探索的深入,关于小行星的探测也日益增多。美国、欧洲和日本先后发射了多颗小行星探测器。有的甚至实现了小行星表面物质的取样返回。那么,我们是如何使用小行星探测器进行探测的？从地球飞往小行星的“星途”又有怎样的艰难呢？     

国外月球以远深空探测的发展及启示（上）

深空探测是人类对月球及月球以远的天体和空间进行的探测活动。它通过对月球、太阳、太阳系内地球以外行星及其卫星、小天体和矮行星以及太阳系外宇宙空间等的探测,探究太阳系及宇宙的起源与演化．太阳及小天体活动对人类生存环境的灾害性影响．太阳系生命的起源与演化等重大科学问题．为人类可持续发展服务。     

小行星环境特性分析与研究现状

小行星环境特性不仅是小行星科学研究的基础,也是在设计小行星工程任务时所要综合考虑的关键因素。文章通过对现有的研究资料进行总结,从空间环境、表面环境和内部环境3个方面阐述了小行星的环境特性;最后,对中国国家航天局公布的我国首次小行星探测任务的探测目标——近地小行星(469219)2016HO3和主带彗星133P/Elst-Pizarro的特点进行了简要介绍。     

利用小行星测量信息的深空探测器自主导航算法研究

提出一种利用小行星图像信息的深空探测转移轨道段自主光学导航算法.该算法首先利用导航敏感器获取含有恒星背景的多颗小行星的图像;然后通过图像处理,提取出小行星和恒星中心点对应的像素;最后利用小行星和恒星中心点的像素、探测器的惯性姿态和观测时刻的小行星星历等信息,通过引入Unscented变换的批处理最小二乘滤波估计探测器的位置和速度.以"深空一号"探测器飞行轨道为例进行数学仿真,结果表明该算法导航精度优于"深空一号"应用的批处理最小二乘滤波.     

国外探测器接近至着陆小天体的飞行策略研究

调研了3项国外典型的小天体着陆探测任务,包括近地小行星交会(探测)任务(NEAR)、罗塞塔号探测任务和隼鸟号探测任务,归纳总结了各任务中自接近至着陆小天体过程的设计特点,提出了小天体接近至着陆飞行策略:首先采用逐渐降低高度的接近轨道,开展引力场、外形参数初步测量;着陆前根据探测目标小天体质量大小设计特定的环绕或停泊轨道,在满足轨道稳定性、能源约束条件下,完成小天体的详细观测并选定着陆区,最终进入着陆初始轨道条件;着陆过程根据探测目标质量与体积、系统质量资源约束采用自由落体或自主轨道控制完成着陆。文章的研究结果可为后续我国小天体着陆探测任务提供借鉴。     

国际深空探测技术的发展现状及展望（上）

深空探测是人类了解地球、太阳系和宇宙,进而考察、勘探和定居太阳系其它天体的第一步。深空探测主要包括月球探测、行星探测、行星际探测和星际探测。通过深空探测,可以帮助人类研究太阳系及宇宙的起源、演变和现状,进一步认识地球环境的形成和演变,认识空间现象和地球自然系统之间的关系。从现实和长远来看,对深空的探测和开发具有十分重要的科学和经济意义。     

嫦娥二号卫星为“图塔蒂斯”拍照

2012年12月13日,嫦娥二号卫星成功飞抵距地球约700万千米远的深空,以10.73km/s的相对速度,与国际编号4179的图塔蒂斯小行星由远及近擦身而过,首次实现中国对小行星的飞越探测。交会时嫦娥二号星载监视相机对小行星进行了光学成像(见封面),这是国际上首次实现对该小行星近距离探测。中国月球及深空探测再获新突破。中国成为继美国、欧洲航天局和日本之后又一个成功探测小行星的国家;突破并验证了卫星对小天体     

小天体采样探测技术发展现状及展望

小天体采样探测是探索宇宙奥秘及寻找地外稀有资源等的重要手段,已成为未来一段时间内深空探测任务的热点领域之一。文章在总结近40年小天体采样探测发展历程的基础上,系统分析国内外现有小天体采样探测技术的种类、特点和适用性,分析微重力环境下针对接触即走短期着陆采样方式研制的射弹溅射及气动等采样探测技术;提出未来小天体采样探测技术可能的发展趋势,例如针对长期着陆采样返回探测的表面锚固技术及复合高可靠的采样探测技术将成为研究重点。上述分析成果对我国深入开展小天体采样返回任务,把握关键技术,具有一定的指导意义和参考价值。     

日地系统拉格朗日点航天器编队飞行现状与关键技术

深空探测可以帮助人类研究太阳系及宇宙的起源、演变和现状,进一步认识地球环境的形成和演变,认识空间现象和地球自然系统之间的关系,因而具有重大的科学与技术意义。由于日地系统拉格朗日点附近的航天器编队适宜进行深空观测等科学使命,所以日地系统拉格朗日点航天器编队飞行技术就成为深空探测的重要技术之一。本文通过分析美欧若干日地系统拉格朗日点编队飞行使命,介绍了该项技术的发展现状,分析了拉格朗日点在深空探测中的战略地位,总结了日地系统拉格朗日点编队飞行的关键技术,并对这些关键技术进行了分析。     

载人小行星探测的任务特点与实施途径探讨

介绍了载人小行星探测的发展现状,对目前美国基于"猎户座"飞船的载人小行星探测的概要方案进行了描述,包括探测器系统组成、运载火箭和飞行方案等内容。从速度增量、目标星引力等方面,分析了载人小行星探测的任务特点,并与载人火星探测、载人月球探测以及无人小行星探测的任务特点进行了比较。给出了载人小行星探测的实施途径建议,包括目标星选择、载人飞船系统设计等。讨论了其所涉及的推进、星际飞行安全保障、小行星表面行走等关键技术。研究结果可为我国开展载人深空探测提供参考。     

深空探测的历史、现状与未来

论述了水星、金星、火星、月球、类木行星和小天体探测的历史和未来,并介绍了深空探测关注的科学问题和未来的技术发展要求。     

深空自主光学导航观测小行星选取方法研究

深空探测转移轨道段的自主光学导航一般以小行星作为观测量来源.为了选出可观测的小行星,分析了小行星用于导航的限制因素,给出了视星等、太阳相角、视运动、三星概率、探测器与小行星距离和视线夹角等选取标准;然后,为了从多颗可观测小行星中选出最优组合,以提高导航精度,基于滤波误差协方差分析,给出了一种可量化的选取最优小行星组合的方法,该方法只与小行星到探测器距离和视线夹角有关;最后,参照"深空一号"飞行方案进行了仿真验证.分析和仿真结果表明该方法可有效提高导航精度.     

我国小行星探测发展思路及关键技术探讨

介绍了国外小行星探测的发展状况,指出小行星探测正从飞越和伴飞探测向表面软着陆取样返回探测发展,从无人探测向载人探测发展,向多目标探测以及与新技术验证相结合的发展趋势和特点。提出我国小行星探测应分4步走的发展规划和发展思路建议,并论述了小行星探测包括载人小行星探测需要解决的轨道设计、自主采样等关键技术。以上建议和研究可为我国制定小行星深空探测战略规划提供参考。     

载人小行星着陆探测模式设想

基于目前小行星探测技术特点,综述了当前国内外空间活动中两种典型探测模式,针对未来载人小行星着陆探测需求,提出了爬行式和基于小型机动操作载人飞船的两种探测模式,并对两种模式进行评价比较,基于小型机动操作载人飞船的探测模式具有机动性强、探测范围广、安全性高及对航天员操作能力要求低等特点,可为我国未来载人深空探测任务中微重力环境下星体表面作业方案设计提供参考。     

小行星探测最优两脉冲交会轨道设计与分析

小行星探测已经成为新世纪深空探测的一个新热点和未来世界航天发展的一个新方向。转移轨道的设计和探测目标可接近性的分析是小行星探测的关键技术之一。现利用了任意两个非共面非共轴椭圆轨道之间的最优两脉冲转移方法，对我国提出的探测Ivar小行星的交会转移轨道进行了设计与分析，给出了全局最优两脉冲交会轨道的设计参数，并利用此方法对近地小行星的可接近性进行了分析和排序，给出了可接近性较好的40颗近地小行星的转移轨道设计参数。这些研究结果对于近地小行星探测任务的目标选择和发射机会的预测都有重要的参考价值。