小行星探索閱讀紀(jì)要

1、Paper2:美國首次小行星采樣返回探測任務(wù)概要：探測天體：小行星“班努”探測方式：采樣返回，探測太陽系起源和生命起源，近地空間資源和空間危機(jī)認(rèn)識(shí)承研單位：美國洛馬航天系統(tǒng)公司經(jīng)費(fèi)：8.5億任務(wù)周期：2016-2023意義：美國首次小行星采樣返回任務(wù)，服務(wù)于未來載人小行星探測任務(wù)發(fā)展歷史：新邊疆計(jì)劃：朱諾號(hào)一一木星探測，新地平線冥王星探測，OSIRIS-Rex小行星探測；目的之一：測量具有潛在威脅的近地小行星的軌道演化（雅克夫斯基效應(yīng)），研究小行星軌道的主要因素，雅科夫斯基效應(yīng)是小行星輕微旋轉(zhuǎn)之后，隨著紅外光子發(fā)射和太陽光子吸收而對(duì)小行星產(chǎn)生的一種靜力。這種靜力將隨著時(shí)間的變化而改變小行星的軌

2、道。小行星探測另一作用：小行星可能成為未來空間探測的能量補(bǔ)給站；衛(wèi)星平臺(tái)繼承性：平臺(tái)繼承“火星勘測軌道器”（MRO）載荷繼承：星塵號(hào)有效載荷10年立項(xiàng)13年方案設(shè)計(jì)；14年詳細(xì)方案設(shè)計(jì)；15年集成測試；16年9發(fā)射；17年1月深空機(jī)動(dòng)；17年9月地球借力；19年10月到達(dá)；21年離開班努；23年返回地球；Paper3:淺談近地小行星探測2012年5月，美國南安普頓大學(xué)發(fā)布最新研究成果，將中國列為最優(yōu)可能遭遇近地小行星撞擊的國家和地區(qū)首位；下圖為小行星分布密度圖，火星和木星之間密度最大，98.5%，在木星軌道帶上有兩個(gè)密集區(qū)；成分：巖石，金屬；特點(diǎn)：體積小，千米量級(jí)，形狀不規(guī)則；軌道特性：圍繞太

3、陽公轉(zhuǎn)，受各大行星引力設(shè)動(dòng)和雅科夫斯基效應(yīng)（熱輻射產(chǎn)生的推力），容易受外界干擾，軌道變化頻繁，易與地球相交；本世紀(jì)，30米直徑大小小行星撞擊地球概率為40%，威力相當(dāng)于100顆廣島原子彈威力。文獻(xiàn)季江徽，“開展小行星彗星深空探測的科學(xué)意義和啟示”，國防科技工業(yè)，第4期，pp54-55,2011年P(guān)aper3:深空探測未來可期2020年探測火星；嫦娥2號(hào)飛離地球700萬千米，與戰(zhàn)神號(hào)小行星交匯精確測定小行星形狀，大小和運(yùn)行軌道；2017年12月嫦娥5號(hào)啟程；2018年嫦娥4號(hào)探索月球背面；Paper5:世界掀起小行星探測新高潮國際動(dòng)態(tài):美國新成立兩家公司準(zhǔn)備開采小行星寶藏，研究防止地球遭受小行星

4、碰撞，13年四月，美國提出將小行星作為登陸火星的中轉(zhuǎn)站；意義:1，小行星是太陽系形成時(shí)殘留下來的初始物質(zhì)，保存太陽系形成時(shí)信息，研究太陽系形成和演化；2，利用小行星測定行星質(zhì)量，利用大行星對(duì)小行星的軌道攝動(dòng)引起其軌道變化測量大行星質(zhì)量；3，豐富的燃油和貴金屬資源；4，地球自身安全；5成為載人登火中轉(zhuǎn)站，成為深入太空基石；相關(guān)探索項(xiàng)目:（美歐日中）91和93，伽利略計(jì)劃探索木星同時(shí)進(jìn)行了小行星探索；96年2月17首顆，尼爾（near:近地小行星交匯）,00年2月14日進(jìn)入愛神星（Eros）軌道;99年DeepSpace-1號(hào)探測器造訪了9969Braille小行星；99年2月發(fā)射stardust

5、，于2002年11月飛躍小行星annefrank03年5月9日，日本Hayabusa-1隼鳥探測糸川小行星，高度10-20km，并釋放降落的子探測器，采樣并帶回樣本；07年9月27日，美國發(fā)射了首個(gè)離子推進(jìn)技術(shù)完成實(shí)用型科學(xué)探測任務(wù)“黎明”（DAWN）,預(yù)計(jì)于11年和15年探測火星和木星間的小行星帶中最大兩顆,谷神星（ceres）和灶神行（vesta），雙目標(biāo)；08年9月5日，羅塞塔成功飛掠小行星“斯坦斯”2011年5月25日，美國航天局宣布了最新的近地小行星采樣返回任務(wù)，計(jì)劃于2016年發(fā)射探測器，2020年到達(dá)1019551999RQ36小行星采集土壤并于2023年送回地球。2012年12

6、月13號(hào)嫦娥二號(hào)，與圖塔蒂斯小行星交匯，3.2km,相對(duì)速度10.73km/s,飛躍距離7M06，關(guān)鍵點(diǎn)：用天文望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)確預(yù)測目標(biāo)軌道。2014年日本發(fā)射隼鳥2號(hào)2020年登陸1999JU3小行星，并采樣返回；2016年美國發(fā)射OSIRIS-REX探測器，探測1999RQ3小行星，研究非引力作用對(duì)小行星軌道的影響，2023年返回地球，2017年1月美國將發(fā)射Amor，探測由三個(gè)小行星組成的小行星2001SN263系統(tǒng)，交匯，著陸和探測；探索：引力場，磁場，組分，物質(zhì)取樣；以小行星為開采對(duì)象是成熟理論，因?yàn)樾⌒行琴|(zhì)量小、重力小、有水幾率高，可降低飛行器擺脫重力的能量耗用和往返燃料成本小行星包含豐

7、富的燃油和貴金屬，價(jià)值在萬億級(jí)別；豐富冷凍水資源2012年4月24美國成立行星資源公司，發(fā)射集結(jié)探礦著-100（Arkyd-100）先期探索；2013年1月22深空工業(yè)公司，15年16年發(fā)射螢火蟲和蜻蜓探測器；載人探測計(jì)劃：1捕獲小行星計(jì)劃：2025年實(shí)施載人登陸小行星計(jì)劃，對(duì)小行星就行實(shí)際考察，把小形成作為登陸火星的中轉(zhuǎn)站，為2035年載人登陸火星做技術(shù)準(zhǔn)備，2013年提交了捕獲小行星計(jì)劃，拖入月球軌道，拖拽難點(diǎn)：自轉(zhuǎn)，太陽能電推進(jìn)，可利用自轉(zhuǎn)進(jìn)行繩系的纏繞。2洛馬公司的“移民石”計(jì)劃嫦娥三號(hào)任務(wù)建設(shè)項(xiàng)目：喀什35m，佳木斯6m大型深空站和上海65m甚長基線干涉測量；深空探索目標(biāo)：月球，L2

8、點(diǎn)，小行星，火星太陽帆推力計(jì)劃2013年2月15日，直徑17m、質(zhì)量達(dá)1X104t的隕石（這是自1908年以來墜落地球的最大隕石），以18km/s的速度撞向地球，墜落在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克州，爆炸當(dāng)量相當(dāng)于4.7X105t的三硝基甲苯（TNT）烈性炸藥，空中爆炸的威力為廣島原子彈的30倍，隕石爆炸產(chǎn)生的沖擊波到達(dá)地面后，擊碎了無數(shù)居民家里的玻璃，導(dǎo)致當(dāng)?shù)亟?200人受傷。Paper5：我國小行星探測發(fā)展趨勢研究太陽系小行星70萬顆，分為近地小行星：小于1.3AU，按軌道分為阿莫爾，阿波羅，阿登型小行星群主帶小行星：火星和木星特洛伊小行星：在其他行星軌道的拉格朗日點(diǎn)上運(yùn)動(dòng)的小行星被稱為特洛伊小行星

9、通過近距離觀測，探究近地小行星軌道演化的機(jī)制、近地小行星撞擊地球的概率、小行星碰撞地球的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，以及這些碰撞對(duì)地球生命的影響我國小行星探索的思路： 繼承探月工程經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)成果，找目標(biāo)，定任務(wù)，公關(guān)關(guān)鍵技術(shù) 無人小行星探測：接近地球，軌道準(zhǔn)確，自轉(zhuǎn)慢，可測探測意義大 登陸采樣并返回登陸多任務(wù)結(jié)合，與火星探測并行Paper6:載人小行星探測的總體方案設(shè)想總體方案設(shè)想：1探測器一次發(fā)射or在軌組裝2地球逃逸段，自主變軌或火箭逃逸；3飛往小行星的軌道段；4小行星環(huán)繞段；附著和表面操作；5小行星表面起飛段；6返航轉(zhuǎn)移段7再入段相比行星探索優(yōu)勢：距離近，引力小，目標(biāo)多Paper8:小行星奇特動(dòng)力學(xué)小行

10、星引力模型建模方法:級(jí)數(shù)展開法：球諧函數(shù)和橢球函數(shù)；遠(yuǎn)距離軌道設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)理論分析；多面體法：主要方法之一，將體積分簡化為表面積分；小行星附近軌道設(shè)計(jì)能夠得到精度較高的結(jié)果；質(zhì)點(diǎn)群方法：適用于研究自身結(jié)構(gòu)演化；簡單特殊形狀法：能夠得到理論解，適合研究一類具有相似外形小行星引力場特性；自然周期軌道：關(guān)鍵詞：平衡點(diǎn)和周期軌道，局部周期軌道和大范圍自然周期軌道；2012年10月，美國國家研究委員會(huì)為NASA科學(xué)任務(wù)委員會(huì)行星科學(xué)部撰寫了2013-2022行星科學(xué)十年愿景的報(bào)告，明確了五個(gè)重點(diǎn)研究方向，其中之一便是小天體任務(wù)中的近距離軌道設(shè)計(jì)。工程技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注：小行星附近引力場特性、探測軌道與穩(wěn)定控制問

11、題。Paper9:不規(guī)則小行星引力場內(nèi)的飛行動(dòng)力學(xué)小行星繞飛軌道環(huán)境特性：探測器在小行星附近運(yùn)動(dòng)形態(tài)復(fù)雜多樣.由于同時(shí)受到中心引力、快速自旋的不規(guī)則形狀攝動(dòng)力、以及光壓攝動(dòng)等作用,探測器容易與小行星發(fā)生碰撞或逃逸.20世紀(jì)90年代以來,世界各航天大國和空間機(jī)構(gòu)紛紛提出各自的深空探測計(jì)劃,包括美國國家航空航天局(NASA)的新太空計(jì)劃”、歐洲航天局(ESA)的曙光女神計(jì)劃”以及日本的月球和小行星探測計(jì)劃等.在上述深空探測計(jì)劃的支持下,以小天體為直接目標(biāo)的任務(wù)已有6項(xiàng),包括美國的尼爾舒梅克號(hào)”(NEAR-Shoemaker)、黎明號(hào)”(Dawn)以及2016年9月剛發(fā)射的OSIRIS-Rex探測器

12、、日本的隼鳥號(hào)和隼鳥二號(hào)(Hayabusa-2)、ESA的羅塞塔號(hào)(Rosetta)等.2012年底,中國嫦娥二號(hào)探測器在拓展任務(wù)中近距離飛越戰(zhàn)神小行星4179Toutatis,實(shí)現(xiàn)了我國小行星探測零的突破，增進(jìn)了人們對(duì)Toutatis的認(rèn)識(shí)，為我國未來深空探測積累了寶貴經(jīng)驗(yàn).軌道設(shè)計(jì)分為7個(gè)階段：地心逃逸、日心轉(zhuǎn)移、目標(biāo)小行星俘獲、近距離繞飛、小行星逃逸，日心返回段；重點(diǎn)關(guān)注：日心轉(zhuǎn)移和近距離繞飛段繞飛段策略：接近目標(biāo)時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)和測量，不斷調(diào)整和降低軌道高度，獲得滿足任務(wù)要求的高進(jìn)度引力場數(shù)據(jù)；近距離繞飛軌道包括大范圍自然軌道和本體系懸停軌道，設(shè)計(jì)一定的控制方式博士論文Paperl:深空探測

13、中的軌道分析、設(shè)計(jì)與控制，博士論文(摘要內(nèi)容)涉及火星探測和小行星探測軌道階段：轉(zhuǎn)移軌道and繞飛軌道轉(zhuǎn)移軌道:大推力和小推力之分小行星探測任務(wù)一般為多目標(biāo)任務(wù)探測，三顆小行星為目標(biāo)天體，由于小行星的引力范圍較小，轉(zhuǎn)移段軌道設(shè)計(jì)簡單。關(guān)鍵問題1:多目標(biāo)探測最佳發(fā)射窗口選擇，能量最小，轉(zhuǎn)移時(shí)間最優(yōu)，得到針對(duì)不同推進(jìn)類型的滿足約束的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵問題2:伴飛若引力小行星小行星，方案1：共線平動(dòng)點(diǎn)附近Lissajous軌道和halo軌道；方案2:編隊(duì)飛行軌道；不同方案根據(jù)距離小行星距離衡量是否考慮小行星非球形引力問題。小行星不規(guī)則非球星，存在嚴(yán)重的球星引力攝動(dòng)問題，當(dāng)軌道距離大于一定范圍可以不考慮小行星引力設(shè)動(dòng)問題，當(dāng)