小行星2016 HO3表面动力学环境分析及采样挑战

小行星探测是当前深空探测领域热点问题之一,对于小行星的采样返回、表面巡视等探测任务需要小行星表面动力学研究作为基础。目前小行星表面动力学仍是一个重大难题。本文从小行星表面物体自由运动趋势及能否产生自发运动两方面对小行星表面动力学环境进行分析。以小行星2016 HO3为研究对象进行数值仿真计算,给出小行星2016 HO3表面动力学环境特点。最后根据这些特点,从小行星表面动力学环境入手,论述了我国未来针对小行星2016 HO3采样任务与国际上其余小行星采样任务相比所面临的更多困难与挑战。

YORP效应机理研究与小行星自转状态演化仿真

要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.

火星探测器接近段器地组合导航方法

本文考虑"天问"1号火星探测接近段导航,提出了基于数据融合的探测器接近段器地组合导航方法.该方法在探测器接近段以地面测量和探测器上搭载的光学相机对火星拍照测量作为观测数据,通过地面滤波作为子滤波器处理地面数据,并考虑通信延时进行数据上传,从而与探测器光学测量数据进行数据融合滤波,得到探测器的位置速度估计.本文首先考虑了探测器所用接近段模型的精度与计算效率问题,对轨道积分精度和计算时间进行了仿真分析,其次给出了地面测量和探测器光学测量所用模型并对测量手段的可见性进行了检验.本文给出了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)进行导航滤波的算法,并给出了两种滤波算法下地面数据的上传处理和探测器接收数据后的简单融合策略.在接近段位置先验精度为100 km,速度先验精度为0.1 m/s的条件下,分别对地面测量的滤波导航、探测器光学测量自主导航和器地组合导航进行了仿真验证,结果显示,器地组合导航方法具有更快的收敛速度和更高的末端精度,可满足探测器制动捕获的高精度导航要求.