小行星动能防御精确相对导航与制导方法研究

美国“双小行星重定向测试”(DART)任务实现了人类首次近地小行星动能防御在轨演示验证,对人类未来主动应对近地小行星防御具有里程碑意义。根据文献中的公开报道,DART任务采用了EKF算法作为相对导航的滤波算法,采用忽略相对加速度的模型进行制导指令计算。本文首先对公开文献中提及的算法进行分析,然后对导航和制导方法进行了改进:利用目标天体视线角测量信息设计了自主相对导航方法,实现对B平面内位置和速度的快速精确估计;利用自主相对导航信息,设计了考虑引力加速度的投影脱靶量制导方法,实现了高精度交会。最后以真实小行星Bennu为目标设计典型任务场景,并考虑多种误差源,进行仿真验证。数值仿真结果表明,本文提出的方法可以在典型小行星防御场景下实现5.22m(3σ)的交会精度,适用于更小尺寸的目标和更高精度的交会任务。