探测“受伤的”小“爱神”——美国1996年发射的NEAR探测器情况简介

也许您还记得1994年发生的彗星撞击木星的惊人事件;也许1998年上演的《天地大碰撞》影片还刻在您的脑海中:一颗彗星撞击到地球,引起排山倒海的巨浪,摧毁了高楼大厦,吞食了都市和乡村……您可能会问:天地真的会大碰撞吗?地球真的会被毁灭吗?当此世纪之交,各航天大国掀起一股小天体(小行星和彗星)空间探测热,其目的是要彻底揭开这些有可能引起麻烦的小天体之谜,更好地把握我们人类自己的命运。这股小天体空间探测热投入最多的是美国。在此世界之末,美国已发射了3艘空间探测器,即1996年发射的"近地小行星交会探测器"(NEAR)、1998年发射的"深空1号"(Deep Space 1)和今年2月发射的"星尘"(STARDUST)号。有关"星尘"号的情况,已在今年4月的《科技潮》杂志上介绍过(见该刊1999年第4期),这次专讲"近地小行星交会探测器",至于"深空1号"则将在以后介绍。     

2019年深空探测热点回眸

 深空探测是空间科学探索与发现的重要方式之一。2019年全球在轨工作的深空探测任务有29个，皆为非载人航天任务，主要开展了月球、火星和小行星等的探测、深空太阳观测及日-地L1点空间天气监测和L2点空间天文观测。在纪念人类登月50周年之际，美国加快推动重返月球的阿尔忒弥斯计划，中国嫦娥四号任务着陆器和玉兔二号月球车对月球背面的就位探测和巡视勘察陆续产出一批国际关注的科学成果。美国新视野号任务飞掠柯伊伯带小天体“2014 MU69”的首个科学成果揭示了该“接触双星系统”的发展、地质与构成。日本隼鸟二号任务完成对“龙宫”小行星的两次采样探测、启程返回地球。除了“史诗级”的太阳探测帕克号任务，被“遗忘”在L1点的多个超期服役的空间天气监测科学任务如SOHO、WIND等表现依然稳定和出色。2020年，人类将迎来探测火星的新发射窗口，中国、美国和欧洲等即将实施的多个火星任务引人注目。     

深空1号探测“布拉耶”

笔者在本刊今年第7期曾介绍美国航天局的开发新技术和探测小行星的航天器—深空1号,并预报今年7月28日至29日深空1号可接近小行星1992KD 至5公里到10公里,届时可对这颗小行星的大小、形状、矿物结构等项目进行近距离考察。结果究竟如何?笔者将从因特网上收集到的有关情况,编成如下速报,与读者分享。1992KD正式命为"布拉耶""笔者曾谈到,太阳系探测和地外智慧生命探测的民间学术团体"行星协会"开展了一项非常有趣的大众性活动—为近地小行星1992KD 征集永久性命名。1992KD 只是该小行星发现后所取得的临时编号,根据小行星命名法,新发现的小行星必须观测到两次回归并计算出轨道之后,才给予正式编号,同时发现者也就获     

从奔月之旅看嫦娥三号的七大首创

正"嫦娥抱玉兔,逐梦广寒宫",承载着中国首次地外天体软着陆和巡视探测任务的嫦娥三号月球探测嚣,去年12月2日1时30分从西昌卫星发射中心顺利升空,中国航天由此开启了一段崭新征程。一、嫦娥三号是什么嫦娥三号是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器,包括着陆器和月球车。二、嫦娥三号的使命嫦娥三号携带着中国的第一艘月球车——"玉兔号"月球车,在成功突破月球软着陆后开展月面巡视勘察、月面生存、深空测控通信与遥控操作     

基于天文测角测速组合的小行星探测器自主导航方法

自主导航是保障深空探测任务顺利实施的关键技术之一,本文针对小行星探测器在实际工程任务中对天文自主导航能力的需求,提出了天文光谱测速结合天文图像测角的组合自主导航方法,实现小行星探测器连续自主、实时高精度导航.以主带小行星谷神星探测任务为背景,分析了本文所提出的组合导航方法的可观测性,并基于UKF算法,给出了组合导航系统仿真分析.仿真结果表明,组合导航系统的可观测性更好,对比传统的地面无线电导航或者测角导航方法,导航结果精度更高、实时性更优,可为小行星探测器变轨修正等提供准确的导航信息.本文所给出的组合导航方法有效可靠、工程实现简单,为我国小行星探测工程任务及后续深空重大任务的实施提供参考.     

中国火星探测器首亮相

<正>2019年10月11日,中国航天科技集团通过其官方微博首次公开了中国火星探测器实物照片。据深空探测首席科学家叶培建介绍,火星探测准备工作已就绪,火星探测器暂命名为"火星一号"。据了解,中国火星探测任务计划同时携带环绕器、着陆器和巡视器,即在一次火星探测过程中实现"绕""落""巡"三大任务。探测器发射升空后,先在地球附近加速,进入霍曼转移轨道,再在火星附近减速被火星捕获。由于通过霍曼转移轨道从地球轨     

嫦娥四号登陆月背!

正发射于2018年12月8日的嫦娥四号月球探测器,经过26天的飞行,于2019年1月3日顺利着陆月球背面南极-艾特肯盆地中的冯·卡门撞击坑内,成为人类首颗成功软着陆月球背面的探测器。嫦娥四号将利用月球背面得天独厚的环境,开展一系列地质考察和天文观测。嫦娥工程是我国首个月球探测项目,也是首个深空探测项目。嫦娥四号原本是中国探月工程"绕、落、回"三步走计划中的第二期—嫦娥三号探测器的备份任务,如嫦娥三号没有成功,则将再次挑战相同的探测。由于嫦娥三号任务     

火星,我来啦

正当当当,好消息!7月23日12时41分,我国首个火星探测器升空,向遥远的火星进发。7月28日晚间,它传回一张地月合影……我国首次火星探测任务我国首次火星探测任务(行星探测工程天问一号任务)已经正式实施,这标志着我国深空探测踏上新的征程,意义非凡,鼓舞人心。今年7月,同期发射的还有美国"毅力"号火星车、阿联酋"希望"号火星探测器。3个国家之所以都选择这段时间,并非凑热闹,而是为了抓住最佳发射时机。     

小天体多目标多模式探测任务设计

多目标多模式小天体探测具有降低任务成本、增加科学回报的优点,本文针对多目标多模式小天体探测任务中摄动敏感、约束复杂以及推力幅值变化等任务规划的设计难题,研究了地球准卫星采样返回以及主带彗星交会探测任务的转移轨道设计问题.首先,介绍了探测目标的科学价值并根据任务约束给出探测任务构想.其次,基于椭圆型限制性三体问题,考虑星历、发射能量和采样返回再入速度等约束,设计并优化了地球准小行星目标的多脉冲采样返回轨道,实现地球发射与返回段和星际转移段全过程的精确飞行设计.最后,根据任务约束,推导了推力幅值可变的最优小推力转移轨道的一阶必要条件并给出考虑借力约束的初值选取方法.以采样后火星借力探测主带彗星为例,求解并分析了最大推力幅值衰减的小推力交会轨道.本文的研究方法可为我国未来的深空探测任务提供参考.     

小天体伴飞的常推力控制

小天体探测的轨道控制和保持非常重要.深空探测中常采用推力大小不可变的小推力发动机进行轨道控制,本文研究利用常推力实现小天体伴飞的控制方法.同时考虑太阳和小天体的引力,提出一种常推力实现伴飞位置保持的阈值控制方法,当误差超过阈值时进行主动控制.该控制方法实现探测器的位置保持需要控制周期长,消耗推进剂少,实现简单.     

双体小行星探测协同光学导航方法研究

双体小行星探测已成为当前深空探测的重要领域,提高双体小行星探测器的导航精度是该领域的研究重点之一.本文以球体-椭球体的双体小行星模型为背景,设计了一种基于双探测器对双体小行星光学观测信息和星间测量信息的自主协同导航方案.考虑到从星相对于主星的位置不确知会影响探测器的导航精度,本文设计了对从星状态进行扩展估计的导航滤波器.特别地,通过分析导航系统的可观测度和轨迹约束,本文重点研究了导航观测几何构型并优化导航信息,实现探测器和双体小行星的最优构型配置,从而使探测器沿优化轨迹飞行时导航性能最优,最后通过仿真分析并验证探测器沿优化轨迹飞行时的导航性能.以上研究方法和仿真结果可为我国未来小行星探测提供参考和支持.     

“嫦娥二号”再次刷新“中国高度”

7月14日1时许,已成为我国首个人造太阳系小行星的嫦娥二号卫星,与地球间距离突破5000万千米,再次刷新"中国高度"。目前卫星状态良好,正继续向更远的深空飞行。嫦娥二号卫星是探月工程二期的先导星,于2010年10月1日发射。自2012年12月13日飞越探测图塔蒂斯小行星、成     

“中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会”征文

中国宇航学会拟于2011年10月中、下旬在上海召开中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会。本次年会主题为我国探月工程、火星与小行星探测关系技术。征文范围:深空探测发展趋势与关键技术;深空探测科学目标与有效载荷;行星着陆探测     

深空探测对我国地面测控站升级的需求?

我国近年建成的深空测控网可以对未来的火星探测任务和其他深空探测任务实现自主测量和控制,并且同时具备对深空探测器的微波测速测距和VLBI测量能力.遥远深空探测任务加大了微波信号在星-地链路之间的往返传输时间,改变了测控链路信号的上、下行路线几何构型,导致同一个天线系统难以对探测器同步完成上、下行链路的业务,是对目前地面测控通信能力的挑战.本文以典型的火星探测为例,分析了深空探测器的微波闭环跟踪测控对我国深空测控系统单站设备的升级需求,并对深空站相应的改造提出了建议:1)单站单一天线上、下行时分交替测控模式;2)利用设置了单一天线的多个深空测控站协同三程开环链路测控,实现对探测器的控制和遥测;3)采用DSN/JPL/NASA的方案,在每个深空测控站配置多套天线系统,全部天线共用台站时频资源实现单站闭环上、下行实时连续测控.     

太阳系的配角隐藏着太阳系历史秘密的卫星和小行星

我们居住的太阳系,不仅有太阳和行星,还有行星所携带的卫星,以及冥王星等矮行星、小行星和彗星等其他重要成员。日本的小行星探测器“隼鸟”号经过大约7年的太空之旅,采集到了小行星的物质样品并返回地球。这项探测任务的重要性在于,通过探测小行星有可能找到关于太阳系起源的线索。本文专门介绍通常被太阳和行星这样的主角掩盖了其重要性的、作为太阳系次要角色的卫星和小行星。     

小天体探测序列图像自主相对导航系统可观测性分析

小天体探测对探索宇宙起源、解决地球资源问题具有重要意义,研发小天体探测器及实施小天体探测已成为各国未来发展的重点.受地面测控网指令时延的影响,小天体探测器需自主获取小天体的位置、速度信息,即具备自主相对导航的能力,基于序列图像的自主相对导航系统不仅可提供包含小天体运动信息的角度观测量,还具有低成本、低功耗的优点,是一种理想的小天体探测自主相对导航方法,是目前研究的热点.可观测性分析可评估导航系统的观测能力是研究导航系统的基础.本文针对小天体探测序列图像自主相对导航系统非线性带来的可观测性分析问题,基于微分几何理论,推导了系统0至2阶李导数,建立了系统可观测性矩阵,基于秩判据分析了典型小天体探测轨道流形下序列图像自主相对导航系统的局部弱可观测性.分析结果表明,仅依靠序列图像小天体探测器可完备估计小天体运动状态.此外,本文提出了序列图像自主相对导航系统的可观测度量化方法,并分析了相对轨道流形变化对可观测度的影响,相关结论可指导小天体探测器轨道设计,具有一定的工程实用价值.     

2018年深空探测热点回眸

 深空探测指人类航天器离开近地轨道、进入太阳系空间和宇宙空间，对地球以外天体（月球及以远天体）或空间环境开展的科学探测。2018年，国际深空探测叠彩纷呈：中国“嫦娥四号”成功实现国际首次月球背面软着陆并将开展巡视勘察；美国“洞察号”探测器登陆火星；向太阳系空间进发，朝向日心方向，欧洲空间局和日本合作研制的BeipiColombo探测器正飞向水星、美国“帕克号”探测器开启“史诗级”旅行去“触摸太阳”，远离日心方向，“新视野号”成功飞掠柯伊伯带的小行星“天涯海角”、“旅行者2号”突破日球层顶；美国“奥西里斯-REx”和日本“隼鸟2号”顺利抵达各自目标小行星执行采样任务。2018年，月球表面存在水冰、火星发现有机分子、太阳系边际再抵近等发现或突破对于探寻生命起源、太阳系起源和演化，拓展人类知识体系具有重要意义。     

“不死鸟”历险记

<正>"隼鸟号"是世界上第一个成功带回小行星物质的探测器,在宇宙中历时7年,飞越了60亿千米的路程,经历种种艰辛完成各项任务。"隼鸟号"是一颗以小行星为目标的探测器。小行星就是指那些也绕着太阳转,但个头比行星小好多的天体,实际上它们比月球还要小很多。小行星上存在着许多矿物元素,这些元素可能是太阳系形成过程中残留下来的一些"印记",研究小"隼鸟号"的住务1验证离子发动机1000小时以上的工作能力。离子发动机是一种使用电力喷出阳离子流而产生推动力的发动机。2验证其"行星引力借力加速"能     

系统可观测性理论与深空探测自主导航方法专题·编者按

近年来,我国月球及深空探测技术发展迅速. 2020年12月17日,随着嫦娥五号返回器携带1731克月壤返抵地球,历经16年我国圆满完成了探月工程"绕、落、回"三步走战略目标,也开启了后续深空探测的新篇章. 2021年2月24日,我国首个行星际探测器"天问一号"进入火星停泊轨道,经过近3个月的环绕探测后,于5月15日成功软着陆,在火星探测史上首次一步实现"绕、落、巡".     

2020年深空探测热点回眸

 2020年国际深空探测事业稳步推进。回顾了2020年世界深空探测的工程成就和科学产出，评述了中国探月工程嫦娥五号采样返回任务以及嫦娥四号/三号的成果产出，对比了美国、中国和阿联酋3个火星探测任务，围绕在轨的35个深空任务梳理了包括太阳探测和行星科学的多项科学发现，讨论了深空探测发展的环境因素特别是新冠疫情的影响，并展望了全球2021年即将实施的深空探测任务。