小行星探测器轨道计算的动力学研究

针对中国即将开展的小行星探测活动中面临的轨道计算动力学问题进行研究。分析了小行星探测器轨道计算的需求,并对小行星轨道计算中涉及的时空参考系进行了描述,然后对轨道计算所需考虑的动力学模型进行了讨论,并给出了各类摄动加速度的计算公式。最大的是太阳引力加速度,约为10^(-6)km/s^(2);最小的是小行星本体摄动加速度,约为10^(-12)~10^(-13)km/s^(2)。利用欧空局Rosetta探测器的实测数据对动力学模型精度进行了验证,结果表明4天弧段位置互差约15 m,速度互差约0.44 mm/s,动力学模型精度可靠。本研究可以为中国小行星探测活动轨道计算提供参考。

第十二届全国(中国)空间轨道设计竞赛:地月空间助力火星移民和近地小行星探测

本文首先简要介绍了全国(中国)空间轨道设计竞赛的发展概况和第十二届全国(中国)空间轨道设计竞赛题目的研究背景。然后介绍并解读了“可重复使用地火运输空间站火星移民”“可重复使用探测器飞越探测近地小行星”两组竞赛题目,回顾了竞赛组织历程,分析了竞赛最终提交结果。最后简要陈述了赛后交流和研讨情况以及总结和展望。此外,文中各章节对本竞赛区别于其他学科竞赛的若干特色也进行了简要陈述。

高开采价值小行星探测目标选择探讨

随着全球金属消费量不断攀升和地球能源日渐紧缺,开发利用小行星资源已成为有效解决矿产资源和能源储备问题的主要探索途径之一。首先根据小行星自身价值、开采利润和成本效益等,从众多小行星中筛选出高开采价值的目标范围;再综合分析轨道特性、尺寸大小和自转周期等约束因素对小行星探测可行性的影响,从技术限制角度筛选出未来几十年能实现开采的目标范围;最后,融合高开采价值和特定时间下低技术限制的初选目标,并从发射窗口、目标资源、成本效益和最小速度增量等方面对各目标进行更为详细的比对分析,优选出适合不同时间段探测任务的空间探测对象,从而为未来几十年高开采价值小行星探测目标选择提供参考。

摇臂-转向架式行星探测车移动系统的准静态分析

行星探测车移动系统是探测车整体系统的关键部分之一 ,摇臂—转向架式移动系统是一种对地形具有自适应能力、机动性较强的系统 .本文在研究摇臂—转向架式移动系统机械结构的基础上 ,对其进行了准静态分析 。

行星探测机器人的研究现状和发展趋势

综述了行星探测机器人 (PER)的研究状况 ,分析了 PER发展中所面临的主要问题 ,并预测了

地面力学及其在行星探测研究中的应用

地面力学是研究越野行驶中机器与地面相互作用的一门力学学科,包括对机器通过性的预测和评价,行走机构的优化设计以及对地面可行驶性的预测判断等几个方面.首先简介地面力学的研究方法、试验仪器和设备以及主要的成果和结论,其中包括在这些方面的最新研究进展情况.之后重点介绍行星探测领域中所开展的地面力学研究,主要从行星探测器设计阶段对地面力学理论和方法的应用、行星模拟土壤研制和力学特性研究、行星就位土壤力学参数测量等几个方面进行了综述.最后对这一领域今后的研究方向进行了探讨.

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。

“嫦娥二号”小行星探测试验定轨计算与分析

嫦娥二号于2012-04-15开展对图塔蒂斯小行星的探测试验,至2012-12-13与图塔蒂斯交会,共飞行243 d,这是我国对小行星的首次探测.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(Unified S-Band)与甚长基线干涉测量技术(VLBI,Very Long Baseline Interferometry)测量实现导航.对小行星探测期间的定轨计算及精度分析进行了讨论,对我国新建深空站的测量数据进行了分析.针对交会前最后一次轨道机动后,仅有13d控后数据的现状,提出了快速轨道重建策略.计算结果表明该策略不仅可以有效改进定轨计算精度,还可以实现轨控速度增量的标定.基于重叠弧段的轨道分析比较表明,单独使用USB长弧数据计算可以获得10km的定轨精度,综合USB与VLBI数据联合定轨,定轨精度可以提高1倍.

太阳系内行星探测活动进展与展望

行星探测是人类认识宇宙的重要手段,随着航天技术的不断发展,主要航天国家先后实施了百余次太阳系内行星探测活动,实现了太阳系内行星的飞越、环绕、着陆、巡视及采样返回。结合已实施的系内行星探测活动和将要开展的系内行星探测任务,分析了行星探测任务的特点,总结了行星探测的主要科学问题及主要发现,展望了系内行星探测的发展趋势,并结合我国行星探测近期发展规划,提出了中长期发展路线设想与引领任务建议,可为我国行星探测任务规划提供支持。

轮式行星探测车移动系统研究状况综述及发展态势

行星探测车移动系统是研究行星探测车的关键技术之一,其性能的好坏直接影响行星探测计划能否顺利进行,轮式行星探测车作为行星探测车的主流,其移动系统成为行星探测车研究的热点之一。该文对国内外轮式行星探测车移动系统进行了概括和分类,分析了各移动系统性能的优缺点,最后指出了轮式行星探测车移动系统的特点及其发展态势。

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。

用于行星探测的跳跃机器人研究

综述了用于行星探测的跳跃机器人(PEHR)的研究现状,分析了PEHR研究所面临的问题,并预测了其发展趋势。

行星探测车车轮牵引特性试验台设计

基于行星探测车行走机构的特点和地面验证试验的要求，研制了行星探测车车轮牵引特性试验台，介绍了试验台的机械结构及测控系统。试验台针对的车轮直径范围为20～40cm，可施加垂直载荷0-300N，可测量挂钩牵引力0-300N，台车最大线速度为43mm／s，车轮最高转速为9．9r／min。试验台装备了六分力传感器、垂直电位计、旋转编码器等传感器，保证了试验参数测量的准确性。试验结果表明，该试验台具有较高的测量精度，可以用于轮土交互作用试验研究。

行星探测车连杆式差动平衡机构设计及运动学分析

根据行星探测车移动系统连接车体与左右两侧悬架的支撑机构的设计要求,提出一种对称的空间连杆式差动平衡机构,合理的空间布置、较大的摇臂摆角范围和良好的线平均性使其在移动系统中的运用取得较好效果。首先分析了机构的输入输出关系,给出车体与摇臂位姿关系的表达式。然后运用旋转变换的方法建立该差动平衡机构车体与左右摇臂的俯仰角位移方程。再运用Pro/Mechanism仿真校验理论模型的正确性,并运用校验后的理论模型分析部分参数对该差动平衡机构摇臂摆角范围和线性均化特性的影响,求解球铰连杆上下球面副相对主平面和在主平面内的转角范围,为机构的结构设计和装配提供了依据。最后展示了该机构在6轮导杆联动式悬架上的应用。

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。

小行星探测多脉冲交会轨道多目标优化

现有的小行星探测交会轨道研究多集中于二脉冲最优燃料研究,本文则研究了小行星探测多脉冲交会轨道多目标优化问题。基于Lambert交会算法建立了包含地球逃逸轨道和日心转移轨道的多脉冲交会轨道优化模型,以燃料消耗最小和转移时间最短为两个优化目标函数。采用一类典型的多目标进化算法———NSGA-Ⅱ用于Pareto最优解的确定。求解了2个小行星探测任务用于验证模型与方法的有效性。结果表明本文方法可以快捷有效地揭示小行星探测任务的出发时刻、转移时间和燃料消耗等特征参数之间的关系,分析不同脉冲数目对最优轨道的影响,以及评价对比不同小行星探测的任务特征。所提出方法在小行星探测任务概念设计中具有较好的应用价值。

小行星探测及采样返回任务电推进系统方案设计

离子电推进具有高比冲、长寿命、多工作点可调的优势,能够很好的适用于小行星探测器巡航阶段主推进任务,可以大幅提升探测器的有效载荷比和空间进入能力。通过调研国外电推进在深空探测任务中的应用情况,结合我国小行星探测任务规划,在充分借鉴国外成功经验和全面继承我国电推进研制经验的基础上,依据任务需求,对可选用的多种电推进系统开展了对比分析,可以看出离子电推进系统具有显著优势。在此基础上,以既定任务为例,设计了不同配置的小行星探测离子电推进系统方案,对比分析了各方案的优劣势,最后对小行星探测离子电推进的关键技术进行了分析讨论。研究结果将为我国小行星探测任务提供参考。

行星探测车被动摇臂悬架的研究与发展

悬架是行星探测车移动系统的关键部件,对其移动性能有直接影响。悬架设计是行星探测车移动系统研究的重点和热点问题之一。被动摇臂悬架具有诸多优点,是目前行星探测车移动系统广泛采用的一种悬架形式。对国内外行星探测车被动摇臂悬架的研究状况进行了概述,对其优缺点进行了分析,对摇臂摆杆悬架进行了分类和详细介绍。最后,提出了被动摇臂悬架设计要求,指出了其发展趋势,旨在为我国月球探测车悬架的开发提供借鉴和启示。

近地小行星探测转移轨道方案设计与优化

探测小行星转移轨道的设计不同于传统的飞行器轨道设计,由于需要更多的能量,仅依靠冲量轨道转移难于实现,针对此问题,以近地小行星3288 Seleucus为例,采用了先将飞行器递推至以2 a为周期的日心大椭圆轨道的远日点,加深空机动使之再次与地球相遇,进行借力飞行的轨道转移技术,设计了其转移轨道.为了进一步减少此探测任务在轨道转移方面所需的总的能量,采用了变分与主矢量原理推导出了总的速度增量对自由变量的偏导数,把复杂的多维非线性轨道优化问题归结为一个多维参数优化问题,并利用梯度下降法,对所设计的探测3288 Seleucus小行星的转移轨道方案进行了优化.数学仿真结果表明:这种地球借力飞行的轨道转移技术可有效的降低完成任务所需的总能量,特别是发射时所需的能量.

载人小行星探测的飞行模式

基于载人小行星探测的任务背景,根据其基本的飞行阶段及任务特点,对其探测任务的飞行模式进行分析,其中包括探测器逃逸地球的飞行方式、小行星表面探测方式、返回与再入的飞行方式,重点研究小行星表面探测方式。对运载能力、技术难度、探测器质量规模进行了分析与比较,得出基于着陆对接口概念的近地+对接着陆+直接再入的较优的飞行模式,并将该模式进一步划分为9个飞行节点及6个主要飞行阶段,对其飞行过程进行了详细的描述。