主带彗星探测的科学目的及光谱仪设计构想

由于主带彗星富含水冰等挥发分并且位于火星与木星之间的小行星带区域,因此很可能是给早期地球带来水资源的天体,自从20世纪初期被发现以来引起了行星科学界的极大兴趣,是未来绕飞探测的重要候选目标。总结了主带彗星133P光谱探测的科学目标,并根据不同成分光谱特征分析和热特性研究需求,提出光谱仪的主要指标构想。谱段需覆盖可见至甚长波红外(0.4~50μm),通过可见红外成像光谱仪和热辐射光谱仪两台载荷分别覆盖0.4~5μm和5~50μm的波段范围。可见红外成像光谱仪采用紧凑型光栅分光系统设计,光谱分辨率在可见光谱段优于5 nm,红外谱段优于10 nm,5 km探测距离下空间分辨优于0.5 m,通过低温制冷抑制背景辐射噪声,保证信噪比优于100。热辐射光谱仪采用时间调制型干涉分光方案,由一台双角镜摆臂式干涉仪实现5~50μm的分光,光谱分辨率8 cm-1,5 km探测距离下空间分辨率优于10 m,采用非制冷热释电探测器。通过对两台光谱仪研制过程中涉及的关键技术进行分析,为后续开展工程研制奠定基础。

小行星光学定轨软件研制和数据处理分析

结合中国航天局2019-04-19拟定的第1个小行星探测任务规划,针对任务目标之一的主带彗星133P/ElstPizarro(7968)自主研制了小行星光学定轨软件。使用1979-07-24—2019-10-28发布的133P/Elst-Pizarro地面光学观测数据进行精密定轨,与国际知名小行星光学定轨软件OrbFit进行对比分析。对比发现,解算结果残差分布一致,两软件生成的残差均方根的差值小于0.01″,定轨的内符合精度相互吻合。该结果初步表明,自主研制的小行星光学定轨程序可靠。在此基础上,对133P/Elst-Pizarro开展光学数据仿真定轨分析,研究地面光学数据的定轨精度。结果表明,模拟中国云南站和智利站每月一次联测,在只考虑观测噪声影响的情况下,添加接近目前实际观测水平的高斯白噪声,使用20 a光学观测资料定轨,小行星光学定轨精度在50 km量级。同时验证,增加观测数据或降低观测噪声均可有效提高小行星光学定轨精度。