深空1号——开发新技术和探测小行星

笔者在《科技潮》1999年第4期介绍过探测彗星的"星尘号"探测器,在该刊第5期介绍过探测小行星的"近地小行星交会"探测器,现在再向读者们讲讲另一艘探测小行星的"深空1号"探测器,以使您们对发生于世纪之交的这股小天体探测热,有更完整的了解。"深空1号"(Deep space Ⅰ)是NASA 为到来的新世纪的千年庆典推出的一种低价位探测器的第一艘,主要任务是考察新开发的推进器动力和导航系统方面的新技术应用情况,同时也担负部分探测小天体的任务。     

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。     

我国小行星探测目标分析与电推进轨道设计

近几年,世界各航天大国陆续实施了小行星探测计划.近地小行星也是我国下一步深空探测的重要目标,国内航天相关单位正在积极开展近地小行星探测的前期任务论证与规划工作.以此为背景,研究了电推进方式探测近地小行星的目标选择与轨道设计问题.首先分析了近地小行星探测的科学和技术目标,结合我国技术水平的发展现状,给出了6颗适合作为探测目标的近地小行星.搜索了2016年至2020年之间探测每颗可能目标的发射窗口.为了增加探测任务的科学回报,特别关注了多目标、多任务的近地小行星探测,推荐了一次探测多个有价值目标的可行多任务探测方案：Earth出发-Nereus飞越-Apophis飞越-1999JU3交会.基于脉冲估算结果设计电推进轨道,将中途多任务探测作为内点约束整体优化小推力转移轨道,采用间接法求解燃料最优控制问题得到了小推力的最优轨迹.最后给出了推荐方案的详细飞行程序.     

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.     

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。     

科学家真心话大冒险

一定会有外星人朱进44岁天文学家研究方向/太阳系小天体前些年,发现了一个小行星,它有300分之一的概率是要撞到地球的。但是时间是在700多年之后,所以你不用担心。对于对抗小行星撞击,我们最早的想法是把小行星炸碎,后来发现这特别不靠谱儿,现在我们做的是要让可能撞击地球的小行星改变轨道。原来大家想的方法都比较抽象,比如用抛石机,比如弄一个巨     

全面开展太阳系探测的新时代

太阳系是由太阳、行星及其卫星、矮行星、小行星、彗星和行星际物质组成的一个天体系统.自古以来,人们只能凭裸眼观察来了解天体现象;16世纪初伽利略发明望远镜后,开启了望远镜观测时代.观测波段逐渐覆盖了γ射线、X射线乃至可见光、红外和无线电波的整个电磁波谱,人类对太阳系的了解也得以逐渐深化.人类对太阳系的探测始于20世纪50年代末,从探测月球开始,逐渐发展到对地球邻近行星(火星与金星)、其他行星、各类小天体以及太阳和行星际空间太阳风的探测.人类的空问探测,由近至远,由易到难,经历了近半个世纪,实现了对太阳系各层次天体和太阳系空间的253次探测.     

海王星特洛伊小天体动力学

特洛伊小天体与行星同享一个轨道,并与太阳、行星在空间构成等边三角形,最早为人们所知的特洛伊小天体是位于木星轨道上并位于木星前(后)方60°的两群小天体.而海王星特洛伊小天体则是近20年来太阳系内最重要的发现之一.观测证据表明海王星特洛伊小天体的总数量和总质量远超过木星特洛伊小天体和主带小行星,是太阳系内仅次于柯伊伯带的第二大小天体集群.它们一方面具有独特的轨道特征,另一方面又联系着海王星轨道内、外的空间,自然而然地成为检验太阳系起源与演化的试金石.我们简要介绍了对海王星特洛伊小天体的观测结果、对它们的轨道动力学和起源研究的进展.     

“第二十四届全国空间探测学术讨论会”征文

由中国空间科学学会主办的第二十四届全国空间探测学术讨论会将于2011年10月9—11日在西安召开。征文范围:正在进行和建议的空间探测计划介绍,空间探测专项技术发展综述;月球探测、火星探测,太阳、行星及其卫星以及太阳系小天体探测;空间电场、磁场、电磁波、粒子探     

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.     

小行星的物理性质与结构演化研究进展

小行星上蕴含着丰富的稀有矿物资源,并保存着太阳系形成初期的原始成分,是研究太阳系起源和演化历史的活化石,具有极大的科学研究价值.随着近二十年来小行星探测热潮的兴起,对小行星的研究已从轨道、形状、旋转状态和光谱类型扩展到结构演化机制和外力响应特性.小行星碎石堆结构概念的提出,为所观测到小行星的物理性质和天文现象提供了合理的解释,同时也对小行星探测任务及相关研究提出了诸多挑战.本文从小行星的轨道和物理性质分布出发,分析了小行星结构的演化过程,阐明了大部分等效直径大于300 m的小行星应具有碎石堆结构的必然性,并结合颗粒材料的力学性质分析了碎石堆小行星的结构特点和动力学响应特性,对碎石堆小行星的研究现状进行了综述,讨论了其中的科学问题和研究方向.     

微型宇宙探测器群

 据英《新科学家》２００１年１月６日报道 :美国航天科学家们从社会性昆虫（如蚂蚁遍地搜食物蜜蜂到处采蜜）的活动中得到启示 ,计划用成百上千个微型宇宙探测器组成集团军进行小行星探测。在太阳系 ,除了有九大行星外 ,还有数量多达几千个的小行星。这些小行星中可能有丰富的矿物和水资源。分布在火星和木星轨道之间的小行星数量占大多数 ,形成所谓小行星带。如果派遣单个的宇宙飞船去探测小行星带中某个小行星 ,其效率之低是可想而知的。目前 ,ＮＡＳＡ的研究人员计划发射约１０００个微型宇宙探测器探测小行星带。这些微型探测器可以降落在直径大于１公里的小行星上 ,在那里寻找矿物和水资源。     

YORP效应机理研究与小行星自转状态演化仿真

YORP效应是不规则小行星表面再辐射热量的反冲力对小行星产生净力矩,导致小行星自转状态发生改变的现象.研究YORP效应有助于了解小行星的演化历史、双星系统的形成以及太阳系的起源和发展.从产生机理出发,本文首先建立了结合热物理模型和考虑地貌遮挡作用的YORP效应量化方法,并将该方法用于多面体模型,探究了热惯量对表面温度和反冲力的影响,随后实现了多颗小天体的YORP曲线数值计算和自转状态演化仿真,验证了理论计算的有效性.以上探索对进一步完善YORP效应理论和揭示小行星的结构演化驱动力等具有借鉴意义.     

小行星探测近轨操作的轨道动力学与控制

探测器接近小行星后开展的逼近、伴飞/绕飞和悬停等一系列近轨操作是实现小行星采样返回等任务活动的前提和关键.本文结合我国未来小行星探测任务构想,以弱引力快自旋小行星2016 HO3为背景,针对其近轨操作过程中的轨道动力学与控制问题开展研究.首先,针对逼近段,考虑路径约束和视线角约束,采用滑移制导律设计了小行星多脉冲逼近轨道,并提出了一种抗扰动的重构迭代逼近策略;其次,为了实现小行星物理特征的初步测量,分别设计了探测器相对小行星的伴飞轨道和慢飞越轨道,建立了伴飞距离与伴飞速度间的联系,发现了飞越速度随飞越高度和飞越时间的变化规律,并给出利用慢飞越实现小行星全球观测的轨道设计方法;最后,研究了考虑太阳光压等摄动力作用和模型不确定情况下的小行星定点与区域悬停控制,设计了自适应鲁棒控制律并证明了其稳定性,为小行星的局部区域精细探测提供条件.以上研究可为我国未来的小行星探测任务提供参考和借鉴.     

微型宇宙探测器群

据英《新科学家》２００１年１月６日报道 :美国航天科学家们从社会性昆虫（如蚂蚁遍地搜食物蜜蜂到处采蜜）的活动中得到启示 ,计划用成百上千个微型宇宙探测器组成集团军进行小行星探测。在太阳系 ,除了有九大行星外 ,还有数量多达几千个的小行星。这些小行星中可能有丰富的矿物和水资源。分布在火星和木星轨道之间的小行星数量占大多数 ,形成所谓小行星带。如果派遣单个的宇宙飞船去探测小行星带中某个小行星 ,其效率之低是可想而知的。目前 ,ＮＡＳＡ的研究人员计划发射约１０００个微型宇宙探测器探测小行星带。这些微型探测器可以降落…     

【科技新闻】一颗小行星被命名为“北航星”

国家天文台经国际天文学联合会小天体命名委员会批准，将永久编号为09830的小行星命名为“北航星”，以肯定北京航空航天大学建校60年以来为世界航空航天事业所作的贡献。至此，我国已有八所高校获准以校名命名小行星。     

小行星也有光环

<正>当你想到星体光环的时候,首先映入脑海的,一定是绚丽的土星光环。但是最近,巴西的天文学家们发现,小行星也可以拥有自己的光环。这颗小行星名为女凯龙星(Chariklo),位于土星和天王星的轨道之间,直径为250公里,是已知半人马小行星(一类位于木星和海王星轨道之间的不稳定小天体)中最大的。尽管早在1997年2月人们就发现了它,但它的光环直到前不久的一     

激光可退小天体撞击地球

从理论上讲,太空中的小行星、彗星等小天体撞击地球的可能性的确存在。但据俄《消息报》报道,俄罗斯科学院应用数学研究所专家伊瓦什金根据理论计算后认为,高强度激光可将小天体推离与地球相撞的轨道,或者将其摧毁。伊瓦什金指出,可以把对付危险小天体的激光器安装在绕     

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.     

天空有颗属于我的星

北京市的中学高二学生孟奂成了名人。最近,国际天文学联合会下属的13人小天体提名委员会批准,以孟奂的名字命名一颗编号为12106的小行星。“孟奂”星直径约6千米,目前正在人马座和巨蛇座的方向上绕太阳高速运行与此同时,南京市金陵中学的华演同学和华东师范大学二附中的叶佩玉老师也得到了这项荣誉。据国际小天体提名委员会成员、国家天文台朱进博士介绍,小行星是目前发现的各类天体中唯一可以由发现者进行命名,并得到世界公认的天体去年,为了鼓励更多的青少年投身科学,美国麻省理