面向地外天体探测的机器人能源自主补给系统设计与集成试验

远离地球进行地外天体探测的机器人系统,在无人条件下长期执行任务需要自我维持。借鉴自然界生态圈的运行机制,提出了机器人生态圈概念,给出了基于突变点检测和无线充电的机器人能源补给方案,并进行了地面试验验证。移动机器人通过激光雷达信息和突变点检测算法识别能源补给系统的标志物,实现了精确对接,并以非接触方式完成了能源传输。试验结果表明,该方案能够完成机器人的无人自主能源补给,可用于地外天体探测、设施建造等任务。

激光角反射器:从月球激光测距到天体探测基础设施

激光测距已成为太阳系内检验等效原理与洛仑兹破缺、测定后牛顿参数与引力常数时变等引力与相对论物理学研究的强大工具。为此,对激光角反射器在自然天体探测中的应用与发展进行了概述与分析。简单陈述激光角反射器的历史沿革后,首先介绍了数个有待或正在实施的包含激光角反射器部署的天体探测计划。其次,基于激光角反射器与激光测距资料的已有工程经验,描述了激光角反射器在天体探测中承担的科学任务与关键技术问题。最后,以本世纪新一代激光角反射器与收发光源革新为背景,预测了激光角反射器及其激光测距的发展趋势,并针对无人与载人月球探测,对激光角反射器在新阶段天体探测中的使用提出建议。

基于视觉的地外天体探测器着陆测速

为了确保探测器安全、准确地降落在地外天体表面,需实时测量探测器的下降速度,为制导导航与控制系统完成软着陆任务提供重要参考依据.提出一种仅利用光学相机的实时视觉测速方法,针对天体地表视频图像,采用递归全对场变换光流算法提取相邻帧间的光流场,然后通过深度神经网络的卷积层和池化层提取光流场对应的特征向量.为减小探测器降落过程中成像透视效应对测速精度的影响,构建一种适用于连续视频帧的长短期记忆网络,对特征向量和速度进行拟合,实现探测器着陆速度的实时估计.仿真实验结果表明,与基于前向传播网络的测速算法相比,本文方法的平均绝对百分比误差减小了11.98%,测量精度更高.

小天体探测器精密定轨与引力质量解算

小天体探测器精密定轨与引力质量解算是小天体探测任务的关键环节。论文以我国未来小天体探测任务为背景,以欧洲航天局的Rosetta探测任务为切入点,紧紧围绕小天体探测器精密定轨与引力质量解算,深入研究了相关的基本理论、模型方法和技术细节。论文的具体研究内容包括如下6个方面。

利用遗传算法搜索小天体探测最优发射机会

针对传统pork-chop图方法计算量大、计算效率低的问题，提出了一种基于遗传算法的小天体探测发射机会搜索方法。该方法以探测任务所需总的速度增量为目标函数，采用遗传算法作为搜索寻优算法，通过对星历的计算和Gauss问题的求解，将复杂的多变量非线性搜索寻优问题简化成一个两变量的搜索寻优问题，减少了编码数量和搜索空间，使其具有全局搜索功能和快速收敛特性，提高了计算效率。最后以近地小行星4660 Nereus为例，对其在2008-2012年采用两脉冲转移的交会型探测任务的发射机会进行了搜索。仿真计算结果表明：所给出的搜索方法与传统的搜索方法得到的结果一致，且所用时间仅为传统方法的4．19％。

小天体探测器着陆附着技术研究

探测器着陆附着技术是小天体探测任务中的关键性技术,关系到任务的成败。文章介绍了美国、欧洲、日本已先期开展的部分小行星、彗星等小天体探测任务,对国内外小天体探测着陆附着技术的研究现状进行了说明。分析了北京空间机电研究所提出的一种用于小行星表面勘测的新概念着陆附着系统,并进行了可控重复附着功能设计和试验,结果表明,新系统能够实现在厘米级粗糙尺度的小行星硬质表面可靠附着。由于新系统的附着模块采用了仿生甲虫爪刺抓附原理设计,其着陆缓冲模块展开折叠比高、着陆稳定性强,研究成果可以为中国小行星探测任务提供技术支撑。

国外小天体探测器电源系统设计分析

介绍了日本隼鸟号(Hayabusa)、欧洲罗塞塔(Rosetta)、美国黎明号(Dawn)小天体探测器的电源系统设计概况,对电源系统拓扑、母线体制、太阳电池阵功率调节方式、锂离子蓄电池组配置等技术方案的特点进行归纳,总结了小天体探测器电源系统的最大功率点跟踪(MPPT)拓扑、电能自主运行和管理等关键技术,分析了3种不同拓扑结构的MPPT,以及电能自主管理应具备的能力。最后,提出了我国小天体探测器电源系统技术发展的建议,包括优化MPPT功率调节方式、重视电能自主运行和管理的研究,同时开展电源系统轻小型化设计工作。

小天体探测自主绕飞智能规划建模

针对小天体探测存在显著通讯延迟、任务执行效率低等问题,梳理了小天体探测智能规划需求,面向自主绕飞任务开展了智能规划研究。首先将该问题分解为平台任务智能规划和载荷任务智能规划两部分。针对平台任务智能规划问题,基于PDDL语言设计了探测器自主管理知识模型,提出了基于状态时间线扩展的求解算法;针对任务智能规划问题,建立了基于CSP问题的智能规划数学模型,提出了基于遗传策略的求解算法。最后开发了仿真系统进行算法验证。仿真结果表明:该方法可综合平台与载荷需求,在存储、能源、通信等多种约束条件下,对绕飞探测任务进行统一的任务规划,并得到指令序列和动作序列,能够提高任务管控的智能化程度,降低任务操作的复杂性。

小天体探测发展态势

小天体探测是当前空间探测的一个重要方向,开展小天体探测不仅可以解决众多基础科学问题,还有助于避免小天体撞击地球、引领高新技术和航天工业的发展、提升航天大国地位等。1小天体探测的科学目标经历了30余年的发展,小天体探测实现飞越、环绕、着陆和采样返回等探测方式,探测程度不断推进,其科学目标也随之不断深入。本文按照时间历程、探测方式分析小天体科学目标的演变情况,及其演变规律和探测重点。

一种小天体探测器绕飞轨道主动抗扰控制方法

针对小天体绕飞探测过程中,探测器受到的非球形引力摄动及太阳光压等多源扰动问题,结合绕飞探测的周期性特点,提出一种小天体探测器绕飞轨道主动抗扰控制方法。首先,通过迭代学习控制对小天体探测器受多源扰动影响产生的误差进行抑制,然后设计扰动观测器估计系统总扰动,构造自适应律实时估计扰动上界,进而设计控制律对总扰动进行主动补偿。最后以243Ida作为目标天体进行绕飞探测仿真分析,结果表明该控制方法能更加有效地提高小天体探测器的轨道跟踪控制精度。

近地天体探测现状

本文简要介绍了国内外近地天体探测工作的现状 ,还介绍了我国正在建造的近地天体探测望远镜的情况。

小天体探测器电源系统方案设计及仿真

研究了小天体探测器在深空特殊环境下电源系统所面对的问题,提出了全调节母线能量直接传递的电源系统方案。根据探测器的轨道特性,分析了探测器在飞行过程中环境条件和不同负载等对电源系统的影响,考虑光照条件和峰值功率之间的关系,基于能量平衡的原理,对探测器的电源系统进行分析、设计。最后,通过数学仿真验证了方案设计的合理性。

第四届全国空间轨道设计竞赛题目:太阳系小天体探测飞行轨道优化设计

1探测任务描述 1.1任务概述 探测器将于2015年1月1日～2025年12月31日之间任意时刻从地球出发,选取太阳系若干小天体开展多种形式探测,探测任务总时间不超过15年（5478.75天）.小天体探测目标分为近地小行星、主带小行星、

小天体探测器着陆图像匹配改进算法

针对小天体探测器着陆图像匹配信息存在数据量大、计算机存储空间有限等问题,提出一种基于改进BRISK和RANSAC的小天体探测器着陆图像匹配算法。首先,在Harris角点检测算法中引入尺度估计和尺度空间,在特征描述子建立阶段改进BRISK算法,提出降低相关性的采样点对选择策略,以减少计算量;然后,利用改进的RANSAC算法去除误匹配。在图像旋转、光照强度、高斯噪声、尺度因子的干扰影响下,仿真分析改进算法与基于BRISK的经典算法的匹配结果。分析结果表明:改进算法减少了计算量和存储空间,并在一定干扰情况下具有鲁棒性,可为后续视觉导航提供有效的陆标信息。

小天体探测关键技术和特点

包含小天体探测任务在内的空间探测任务是当前最为复杂的航天任务之一,实施空间探测需要多方面的技术支持。美国在《2015 NASA技术路线图》中将空间探测任务涉及的关键技术分为15个领域,包括发射推进系统,空间推进系统,进入、下降与着陆系统,材料、结构、机械系统与制造等。每个技术领域都包含了多项关键技术,但大多数技术是所有空间探测任务都需要的。这里重点介绍小天体探测特殊性带来的关键技术,并结合任务中各项技术的应用情况进行详细阐述,包括行星借力及先进推进技术,小天体着陆技术和小天体采样返回技术。

世纪之交的小天体探测热

当此世纪之交,各航天大国掀起了一股小天体(彗星、小行星)探测热。据美国《航空周刊》报道,在未来15年里将发射一系列探测器对小行星和彗星进行实地考察,其目的是探索太阳系的演变过程。 “小天体热”意味着什么?

我国第一架近地天体探测望远镜正式运行

小行星、近地天体的搜索和危险评估是这台望远镜主要观测目标 中科院紫金山天文台施密特型近地天体望远镜12月26日通过中科院组织的专家组验收鉴定。这标志着我国第一架近地天体探测望远镜有了自己的“身份证”．进入正式运行阶段。

我国第一架近地天体探测望远镜正式运行

中国科学院紫金山天文台施密特型近地天体探测望远镜通过了中科院组织的专家鉴定。这标志着我国第一架近地天体探测望远镜进入了正式运行阶段。这架1米／1．2米近地天体探测望远镜具有口径大、视场大、探测能力强等特点．观测水平在国际同类望远镜中居前列。

中国天体探测还有这些目标

中国航天科技集团公司火星探测器系统顾问叶培建3月1日表示，我国正在为探测包括小行星、火星、木星等在内的天体做准备。据悉，小行星探测已被列入我国未来深空探测工程的四次重大任务之中，将在我国首次火星探测任务完成之后实施。在小行星探测任务后，我国还计划在2030年前后实施第二次火星探测，进行火星表面采样返回。目前，我国首次火星探测任务已进入初样研制阶段，进展顺利。此外，中国未来还计划对木星进行探测。

弱引力小天体的自主捕获与相对导航方法

远距离自主捕获与近距离高精度自主相对导航是小天体探测任务中的关键问题,并且目标尺寸越小,问题越突出。首先,针对数万千米到数千千米远距离范围内的星空背景暗弱目标难以识别的问题,提出综合利用运动学和亮度的全自主捕获和识别方法,可以实现距离大范围变化的快速准确捕获,具备了3万千米以远捕获10等星暗弱目标的能力;其次,针对数千到数十千米范围交会段视线测量可观性不足的问题,提出基于视线和轨迹机动一体化设计的相对导航方法,在考虑燃料消耗的前提下有效地提高了轨迹可观性,实现了交会段优于5%精度的相对位置导航;最后,针对近距离不规则小天体表面附近的相对导航问题,提出基于图像陆标和点云特征相结合的光学导航方法,可同时适应阳照区和阴影区的探测需求,并结合基于多源数据融合的弱引力小天体重力场反演方法,进一步提高近距相对导航的精度,近距采样相对位置优于1 m,相对速度优于1 cm/s。对所提出的方法进行了数学和物理的仿真验证。提出的方法有效解决了小天体探测中的高精度相对导航问题,也能适用于数十米量级直径大小和明暗快速交替变化的小天体着陆探测任务。