小行星探测

摘要： 小行星探测将会成为我国发展深空探索技术的重点研究方向。针对小行星引力弱、温差大、形状不规则、土质不确定等诸多特殊性,提出一种针对小行星探测任务的新型附着机构,应用动力学仿真软件ADAMS建立其虚拟样机模型,在模拟小行星着陆的环境下,完成落震动力学仿真,得到着陆仿真过程中的各项参数,验证了该构型着陆的稳定性和缓冲吸能效果。

摘要： 2021年10月16日,NASA的Lucy小行星探测任务成功发射升空,将在未来12年探测一颗主带小行星和7颗特洛伊族小行星。Lucy是NASA发现计划(Discovery)的第13项独立任务,于2017年1月获批,主要目标是探测多个木星特洛伊族小行星。此类小天体是早期太阳系的遗迹,与木星共用轨道,分为位于木星轨道前方(L4)和后方(L5)的两群,围绕太阳运行。

摘要： 在小行星探测任务中,航天器抵达小行星附近后需对小行星的各项基本参数测量,为后续任务提供支持。分析了小行星附近环绕型轨道和飞掠型轨道在小行星测绘方面的性能,采用数值方法分析了不同距离下小行星附近的稳定环绕轨道和双曲线飞掠轨道,提出了考虑光照条件和小行星不规则形状遮挡的覆盖率计算方法,从覆盖率、测绘时间、燃料消耗,以及鲁棒性等方面评价测绘轨道。以近球形小行星Bennu 101955和细长型小行星Eros 433为例,比较分析了其附近绕飞轨道和飞掠轨道的测绘性能,为未来小行星探测中的测绘任务规划提供参考。

摘要： 利用月球借力能够提升送入深空的有效载荷的质量。设计月球借力深空逃逸轨道主要有两种方法:正向法将借力轨道参数化后,利用全局优化算法进行优化,该方法思路直观,但优化参数多,导致计算耗时长,收敛稳定性差;反向法先确定日心段最优轨道,再拼接月球借力地心段轨道,该方法计算耗时少,但模型精度差,并且不容易收敛到全局最优解。为了快速求解月球借力深空逃逸轨道,本文在已有方法基础上提出混合优化方法。提出的混合优化方法充分利用反向法收敛速度快和正向法精度高的优点,先以反向法的多目标优化Pareto解集为参考轨道,再在参考轨道附近开展局部优化,利用正向法使用全局搜索算法,快速获得最优转移轨道。以探测近地小行星1989 ML和2003 SM84为例进行了数值仿真,仿真结果显示混合优化法解的收敛稳定性和计算效率相比正向法提升显著,改进后解的收敛稳定性提升至原来的3~4倍,计算时间缩短50%。仿真结果表明混合优化法对解的收敛稳定性和收敛效率提升效果显著。

摘要： 根据中国航天战略发展规划,我国将在2022年完成载人空间站建设,并于2023年开始转入空间站运营阶段。除此之外,我国还要实施载人登月、小行星探测、火星探测等工程。随着航天活动规模越来越大,发射越来越频繁,运载火箭的成本成为制约航天发展的一项非常重要的因素。“可重复使用”是降低运载器成本的主要途径之一。

摘要： 小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动,但体积和质量比行星小得多的天体,包括主带小行星、近地小行星、行星的特洛伊小天体、一部分海王星外天体以及一部分半人马小行星。当人们将目光聚焦在月球上是否存在水、火星是否适合人类生存等前沿问题时,小行星也应该得到相应的重视。

摘要： 小行星探测有助于研究太阳系演化等重要科学问题,在深空探测任务转移途中实施小行星顺访探测可增加科学研究回报。直接通过轨道递推筛选小行星探测目标计算量大、效率低,针对该问题提出了基于最小轨道交叉距离的目标预筛选方法。在推导出适用于计算双曲线轨道的最小轨道交叉距离公式后,将此理论应用到小行星顺访探测目标筛选中。首先基于探测器与小行星轨道的形状、空间位置计算二者轨道在空间中的几何最近距离,预筛选出可能满足接近距离标准的小行星目标;然后基于轨道递推模型,筛选出真实最近距离小于可接近标准的目标小行星。仿真结果显示,基于最小轨道交叉距离的预筛选方法可有效减少计算量,降低计算时间,提高小行星顺访目标筛选的效率。

摘要： 针对小行星探测下降着陆段精确相对导航问题,提出了一种基于Stereophotoclinometry(SPC)陆标的相对导航方法.该方法先采用SPC光照模型渲染陆标的预测图像,再利用双线性插值从观测图像中生成陆标的提取图像.通过组合相关匹配实现预测图像与提取图像的高精度匹配,得到陆标中心点对应观测图像位置,即可利用N点透视(PNP)算法进行相机位姿估计.仿真结果表明,该方法在初始相机位姿偏差较大时也能达到亚像素的图像位置确定精度,并且具有较好的实时性.

摘要： 以小行星表面着陆探测为背景,提出一种动量驱动机器人(MoRo)以满足弱引力复杂环境下的探测需求.该机器人利用弱引力环境下的摩擦和碰撞特性,通过主动辨识环境参数,规划和控制动量轮以产生期望的驱动力矩,完成可控性跳跃及腾空后的稳定拍照等任务.首先,基于MoRo的动量轮刹车机构特性,分析了MoRo在弱引力环境下的跳跃机理并对其跳跃方式进行了规划;接着考虑动量轮驱动机构三闭环伺服系统的非线性特性,基于Herze碰撞模型和Karnopp摩擦模型建立了MoRo在小行星表面的跳跃行为动力学模型;其次,使用机器学习算法建立环境参数和MoRo运动的函数关系,并基于环境参数规划动量轮转速实现跳跃距离和腾空高度的可控.最后,通过数值仿真校验了MoRo跳跃规划方法和控制方法的可行性.

摘要： 对于支持航天任务、发展近地小行星就地资源利用技术、发展行星防御技术等,小行星模拟技术都至关重要。中国将在未来几年内启动第一个小行星探测任务,目标是从代号为2016 H03的近地小行星(国际永久编号为469219)上取样并返回,继而对主带彗星311P/311P/PANSTARRS进行绕飞观测。由于对2016 H03小行星表面形貌和表面性质欠缺了解,该任务的取样操作可能面临巨大挑战。

摘要： 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.本文通过国外深空探测技术对离子推力器的技术需求,以及应用情况的介绍,针对我国小行星探测离子推进技术应用的分析与研究.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40mN和60mN两种工作模式,通过组合应用,可实现40mN、60mN、80mN、1OOmN和120mN五种推力模式,以满足小行星探测的需求.

摘要： 近些年在全球掀起了小行星探测热潮。美日正竞相发射小行星探测器,并已取得了显著成就。另外,美国新成立了2家民间公司准备开采小行星上的宝藏,十分引人注目。再有,越来越多的国家或机构开始研究如何防止近地小行星撞击地球的方案。美国政府现有一个大胆设想,即准备捕获2013年10月第二十六届全国空间探测学术研讨会海南博鳌50小行星并拖至月球轨道,进而载人登陆小行星,然后把小行星用作载人登火星的中转站。所以,小行星探测十分值得关注。

摘要： 对于小行星的探测,特别是那些质量较小的小行星,以什么轨道形式对其进行探测,飞越、绕飞或伴飞.关于绕飞,类似于地球卫星的运动,关键是小行星本身的引力场建模问题.本文是对伴飞的两种形式进行探讨,其一是以目标小行星为中心天体的伴飞,而另一形式即伴飞相应的共线平动点,这两种形式均涉及到卫星编队飞行的动力学原理,而并不是两个航天器简单的相对运动的几何问题.文章就结合编队飞行的基本原理论述两种伴飞形式的差别及其在小行星探测中的应用,并给出一些参考性结论.

摘要： 嫦娥二号于2012年4月5日开展小行星探测试验,至与图塔蒂斯交会期间共飞行243天,这是中国首次开展小行星探测.因为未安装星载导航设备,CE-2在小行星探测试验的全过程均基于地基USB与VLBI测量定轨实现导航.11月30日,CE-2瞄准小行星15km处实施轨控,后定轨分析表明,轨道修正仍有残余,因此在12月12日增加了一次修正.这两次控制期间的定轨对地基导航带来了很大挑战,通过定轨策略的优化设计实现了控后轨道优于15km的定轨精度.

摘要： 小行星着陆逐渐成为当今航天技术的热点,多数航天科技强国都展开了小行星探测的竞赛,我国也在紧跟国际步伐.本文参照美国Rosetta着陆器对小行星探测的附着探测任务特点,提出了附着技术的几种方案,主要包括附着方案、缓冲方案和锚定方案,同时,描述了附着分系统的工作过程,提出了未来小行星探测附着探测的主要技术实施方案,为以后的深空探测提供了参考思路.

摘要： 连续小推力推进器由于其较高的比冲而极其适合应用于深空探测任务,对小行星的探测在近几十年来也广受关注,利用小推力推进器驱动航天器针对多个小行星进行探测能显著增加任务的科学意义.对多个小行星进行探测加入了大量的内点约束,增加了使用间接法对其轨迹进行优化的难度.本文提出了一种将轨道分段优化再整体优化的方法,可以将分段求解得出的协态变量直接作为初值对整个任务进行优化,解决了协态变量难以猜测的问题.数值算例表明了该方法能有效猜测初值,且具有很快的收敛速度,求解出来的解也能保证最优性.通过对第七届国际深空探测轨迹优化竞赛的前五名的结果的再次优化,该方法证明了其正确性和高效率,优化后的指标最高能提升5％.

摘要： 小行星探测是21世纪深空探测活动的重要发展方向,脉冲最优交会是空间交会技术的重要研究方面,对于小行星探测,轨道优化的本质是非线性优化问题,需要采用非线性优化算法来解决.本文利用改进选择算子的遗传算法对时间固定的多脉冲小行星交会轨道进行了优化,数值仿真求解后与目前其他遗传算法选择算子的优化结果进行了比较分析.本文通过改进遗传算子而得到的的多群落遗传算法,增加了种群的多样性,提高了种群进化的效率,综合了多种选择算子的优点,有效的降低早熟发生的概率.仿真结果也表明,多群落遗传算法比传统遗传算法得到更好的优化效果.

摘要： 近年来,国内外在仿生爬壁机器人吸附技术研究方面开展了很多工作,仿生爬壁机器人对复杂地形有着良好的适应能力,本文以仿甲虫附着技术为参考,提出了一种小行星爪刺附着系统,可用于小行星着陆附着任务.基于该附着系统,阐述了爪刺附着的工作原理,并介绍了该系统的方案设计,最后给出总结和展望.本文为深空探测附着技术的探索和研究提供参考.

摘要： 近年来,国内外在仿生爬壁机器人吸附技术研究方面开展了很多工作,仿生爬壁机器人对复杂地形有着良好的适应能力,本文以仿甲虫附着技术为参考,提出了一种小行星爪刺附着系统,可用于小行星着陆附着任务.基于该附着系统,阐述了爪刺附着的工作原理,并介绍了该系统的方案设计,最后给出总结和展望.本文为深空探测附着技术的探索和研究提供参考.

摘要： 近年来,国内外在仿生爬壁机器人吸附技术研究方面开展了很多工作,仿生爬壁机器人对复杂地形有着良好的适应能力,本文以仿甲虫附着技术为参考,提出了一种小行星爪刺附着系统,可用于小行星着陆附着任务.基于该附着系统,阐述了爪刺附着的工作原理,并介绍了该系统的方案设计,最后给出总结和展望.本文为深空探测附着技术的探索和研究提供参考.

摘要： 本发明涉及小行星监测预警技术领域，尤其涉及一种兼顾来自太阳方向小行星预警与小行星编目的方法。所述方法包括：根据设定的望远镜对太阳的规避角度，确定位于地球领航轨道的望远镜位置；根据预警范围和小行星直径与视星等的转换关系，确定望远镜极限观测能力；根据小行星可见时同时满足的时间约束、瞬时视场约束和视星等约束建立望远镜对小行星的可见性模型；基于建立的可见性模型，平衡望远镜对来自太阳方向小行星的预警效能和编目效能，优化黄纬方向观测天区的大小确定望远镜观测天区；根据优化确定的观测天区，兼顾望远镜对来自太阳方向小行星的预警效能和编目效能，优化望远镜朝向与背向地球的时间比确定望远镜搜寻策略。

摘要： 本发明涉及小行星监测预警技术领域，尤其涉及一种兼顾来自太阳方向小行星预警与小行星编目的方法。所述方法包括：根据设定的望远镜对太阳的规避角度，确定位于地球领航轨道的望远镜位置；根据预警范围和小行星直径与视星等的转换关系，确定望远镜极限观测能力；根据小行星可见时同时满足的时间约束、瞬时视场约束和视星等约束建立望远镜对小行星的可见性模型；基于建立的可见性模型，平衡望远镜对来自太阳方向小行星的预警效能和编目效能，优化黄纬方向观测天区的大小确定望远镜观测天区；根据优化确定的观测天区，兼顾望远镜对来自太阳方向小行星的预警效能和编目效能，优化望远镜朝向与背向地球的时间比确定望远镜搜寻策略。

摘要： 本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法、系统和电子设备，方法包括：确定地基雷达的最大探测距离；获取每个近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离，将小于所述最大探测距离的近地小行星确定为初选目标；筛选出与地球之间的最近距离不大于所述地基雷达的最大探测距离的初选目标作为探测目标。能够快速且准确地从多个近地小行星中筛选出探测目标。

摘要： 本发明公开了一种用于小行星采样探测的变刚度展开机构，包括：笼状弹簧a、笼状弹簧b、卷绳器、力传感器、基座和载荷安装板；所述笼状弹簧a的一端与笼状弹簧b的一端通过隔环同轴串联，且二者旋向相反；笼状弹簧a的另一端与基座的前端连接，基座的后端安装在探测器上；笼状弹簧b的另一端与载荷安装板的后端连接，载荷安装板的前端安装有采样/探测设备；力传感器安装于载荷安装板与采样/探测设备之间，用于实时测量采样/探测设备工作时的反作用力；卷绳器安装在基座上，用于驱动连接在卷绳器与载荷安装板之间的钢丝绳收卷或释放，以带动载荷安装板相对基座收卷或释放。

摘要： 本发明公开用于小行星探测的附着探测敏感器及附着区障碍检测方法。所述敏感器包括光学系统和电子系统。所述光学系统向小行星表面发射四束方向不同的测量光束而在小行星表面形成四个测量点，每三个测量点不在同一直线上，该光学系统测量每条测量光束的距离信息。所述电子系统根据第

摘要： 本发明是一种小行星探测机动巡视装置。本发明涉及小行星探测技术领域，一种小行星探测机动巡视装置，所述装置包括：探测器本体、太阳能帆板和三条腕足；所述太阳能帆板对称安装在探测器本体的两侧，所述探测器本体下部安装有三条腕足，所述太阳能帆板将太阳能转化为电能，并为探测器本体和三条腕足供电，所述三条腕足与地面接触用于支撑探测器本体并实现微重力环境下的爬行；本发明可以调节机构与地面之间的相互作用力，从而大范围调节地面摩擦力。保证机构在微重力环境下提供足够的动力。

摘要： 本发明公开了一种用于行星及小行星探测的目标结构配准测量方法及系统，该方法通过安装在卫星上的飞行时间相机实现，该方法包括：接收飞行时间相机定时采集的目标星体表面环境的图像和深度信息，对图像和深度信息进行融合，生成三维点云数据；对三维点云数据进行滤波处理，得到去噪后的三维点云数据，并把去噪后的三维点云数据存入数据列表；对去噪后的三维点云数据进行有效区域信息的提取，得到有效点云区域的数据；再进行迭代最近点法配准，得到变换矩阵；从数据列表提取去噪后的三维点云，使用变换矩阵进行变换，得到配准后的整体三维点云数据；对配准后的整体三维点云数据进行特征提取，得到目标星体表面的距离信息、位置信息和形状信息。

摘要： 本发明公开的一种行星际多体系统小行星探测最优多脉冲转移方法，属于航空航天技术领域。首先在日地质心旋转系下建立探测器动力学方程，即高精度动力学模型。根据任务约束选定目标小行星并给出探测器在日地质心旋转坐标系下的初始状态，采用扰动法获得探测器单脉冲小行星飞越轨道；利用优化算法得到飞越距离最小的单脉冲小行星飞越转移轨道；基于主矢量理论，进行多脉冲转移轨道设计，得到满足主矢量条件的最优多脉冲转移轨道；将得到的最优多脉冲转移轨道，带入高精度动力学模型递推，利用多级并行微分修正方法对转移轨道进行修正，实现多天体强扰动非线性环境下小行星探测的精确轨道转移。本发明具有速度增量小、适用性好、收敛性好的优点。

摘要： 本发明公开用于小行星探测的附着探测敏感器及附着区障碍检测方法。所述敏感器包括光学系统和电子系统。所述光学系统向小行星表面发射四束方向不同的测量光束而在小行星表面形成四个测量点，每三个测量点不在同一直线上，该光学系统测量每条测量光束的距离信息。所述电子系统根据第

摘要： 本发明涉及一种融合轨道动力学的小行星探测器自主视觉定位系统及方法。所述系统包括视觉传感器、视觉SLAM定位模块、引力场建模模块和轨道优化模块；视觉传感器用于拍摄小行星表面图像；视觉SLAM定位模块进行特征提取匹配与跟踪，并估计探测器位姿、修正视觉累积误差；引力场建模模块重构行星表面三维模型，并进行稠密重建，对点云进行网格化处理，再基于多面体法对小行星引力场建模；轨道优化模块根据估计的探测器位姿和引力场建模来分析反演视觉初始定轨误差并进行修正。本发明所述方法基于估计的探测器位姿和引力场建模求解行星不规则引力场，分析反演视觉初始定轨误差在轨道动力学中的传播过程，修正视觉定位累计误差，实现高精度导航定位。