小天体

摘要： 为解决探测器在弱引力、特性未知小天体表面的附着取样难题,提出一种融合着陆缓冲、附着固定、取样、放样等核心功能为一体的附着取样一体化机器人设计方案.基于腿臂复用,提出多臂协作主动自适应式着陆缓冲方案;利用超声波钻钻压力小、硬质岩石表面钻进效率高的特点,提出针对岩石类小天体的超声波钻式附着固定方案;针对星表特性不确定,取样适应性要求高的需求,提出砂轮磨削、毛刷清扫的双模式取样方案.采用仿真方法对着陆缓冲性能、取样性能等进行分析;在原理样机研制基础上,开展附着取样全流程实验.结果表明,附着取样机器人可实现着陆缓冲、附着固定、取样、放样等功能,验证了该系统的核心功能.本研究旨在探索小天体附着取样方法,为小天体取样返回任务提供技术支持.

摘要： 月球是地—月系统乃至整个太阳系演化历史的记录者,自形成之时起其表面就遭受了来自不同类型小天体的持续撞击.相比于其他类地天体,月球独特的空间环境有利于保存更长时间尺度及更完整的撞击记录.通过剖析月表不同时期的撞击通量及各类小天体的贡献比例,可以获取诸多关键科学问题的答案或线索.例如:碳质小行星是小天体中比较富含水及挥发分的。

摘要： 星空中多了一颗“华中科技大星”经国际天文学联合会小天体命名委员会批准,永久编号52487号小行星被命名为“华中科技大星”。这颗小行星是1995年由国家天文台兴隆观测基地发现的,位于火星和木星之间。中科院紫金山天文台台长赵长印表示,小行星是太阳系中唯一一类可以由发现者提名命名的天体,命名一旦获国际批准,将成为该天体的永久星名,具有国际性和历史性,是一项崇高的国际荣誉。

摘要： 太阳系的物质分布(下)19世纪初拿破仑战争的爆发结束了小行星带天体发现的第一个阶段,直至1845年第5颗小行星义神星才被标记在星图上。随着摄影技术在天文观测领域的应用,小行星搜寻工作也变得更加容易。19世纪末小行星发现数量已经超过了300颗。1923年第1000号小行星被发现.

摘要： 太阳系是我们赖以生存的恒星系统。太阳是这个系统毋庸置疑的核心,占据了太阳系总质量的99.86%。8颗大行星,5颗矮星系,超过百万计数的小行星及其它们的卫星,以及彗星和星际尘埃组成了余下的0.14%。过去的文章中我们曾对大行星探测进行过介绍。从本期开始,我们回顾人类对太阳系物质分布认识的发展,以及对小天体的空间探测历程。

摘要： 2021年10月16日,NASA的Lucy小行星探测任务成功发射升空,将在未来12年探测一颗主带小行星和7颗特洛伊族小行星。Lucy是NASA发现计划(Discovery)的第13项独立任务,于2017年1月获批,主要目标是探测多个木星特洛伊族小行星。此类小天体是早期太阳系的遗迹,与木星共用轨道,分为位于木星轨道前方(L4)和后方(L5)的两群,围绕太阳运行。

摘要： 近地小行星大约6500万年前,一颗直径约10千米的小行星撞击现在墨西哥的尤卡坦半岛,包括恐龙在内的75%地球物种在这次撞击中灭绝。此次事件被称为白垩纪-古近纪灭绝事件。1980年,诺贝尔物理学奖得主阿尔瓦雷兹在撞击点希克苏鲁伯陨石坑内发现了此次撞击的证据。1937年,69230号小行星以2倍月地距离掠过地球。

摘要： 小行星带天体小行星带是太阳系中位于火星和木星轨道之间的一片环状区域,核心部分轨道半径介于2.06至3.27天文单位之间,质量中心大约在轨道半径2.8天文单位处。小行星带内绝大部分天体离心率都小于0.4、轨道倾角小于30°。典型值分别为离心率0.07、轨道倾角小于4°,因此,大部分小行星轨道都基本位于黄道面附近,且轨道接近圆形。这里拥有太阳系内已知数量最多的小天体,据估计直径在1千米以上的小天体数量达到100万颗以上。

摘要： 针对小天体引力场建模问题,回顾了不同学者对引力场计算问题的认识与发展,阐释了不同方法的基本原理和不足;探讨了双小行星系统附近的引力场建模技术与双小行星系统动力学的关系,梳理了双小行星系统动力学研究中引力相互作用的建模技术发展历程;展望了小天体引力场建模技术的发展趋势。

摘要： 针对小天体探测高帧率、高分辨率和高测距精度需求,深入分析了激光测绘导航方法现状,提出了一种混合固态激光三维地形测绘与导航一体化设计方法。通过单光子面阵探测器与532 nm光纤激光器实现高成像帧率、二维音圈电机快反镜多模式扫描实现大视场和亚像素成像分辨率,采用达曼光栅分束器实现激光光束高精度扩束与衍射。将其应用到小天体探测中,结果表明:激光测距精度优于3 cm(3σ),帧频4 Hz,成像分辨率达到1 100×1 100。所提出的方法可兼顾地形测绘与导航,实现多功能轻小型一体化设计,可极大地降低资源消耗,对中国小天体探测任务的实施具有良好的指导意义。

摘要： 小天体形状及其相应的光学数据在小天体探测任务规划中有着重要作用，地面已有的实际小天体模型数量、精度有限，难以满足应用要求。针对小天体的不规则形状，在整体形状大致符合高斯随机球的假设条件下，建立初始的虚拟形状模型；为满足不同精度的应用要求，利用数据分层的思想，采用地表细节结构分形插值的方法添加新的表面点，逐步提高模型精度；通过对天体表面的陨石坑、岩石特性进行分析，根据现有的天体表面地形特征分布特性，添加小天体表面的地形特征，进而构建出完整的天体形状模型。论文最后对模型结果进行了图像仿真，并作了进一步的应用分析。

摘要： 高危小天体对地球存在潜在的碰撞威胁,目前观测到的多颗小天体具有较高的碰撞地球概率,这引起了科学家们的广泛关注.为避免高危小天体的碰撞威胁,学者们提出了多种规避方案.引力拖车以其不与小天体存在机械耦合、无需考虑小天体运动与构成的优点,被认为是较为可行的方案之一.本文针对引力拖车规避方案,研究了引力拖车在小天体附近的最优安置问题,其目标是通过引力拖车的长时间作用,使小天体到达距离地球最近点时的轨道偏转量达到最大.针对该问题,本文给出一种基于混合优化策略的安置方位最优选择方法.首先,基于改进春分点根数对小天体运动进行建模,引力拖车相对小天体的位置可作为小天体受力的控制角.然后,基于极大值原理推导出使小天体轨道偏转最大的最优控制角,从而将安置方位选择问题转化为协状态的初值优化问题.为获得全局最优精确解,采用微分进化算法对优化模型进行大范围全局初始搜索,进一步采用序列二次规划算法进行局部精确优化.以高危小天体Apophis为例对所给方法进行仿真验证.数值结果表明:最优的引力拖车安置方位在小天体速度方向附近振荡,引力拖车能够有效对小天体的轨道进行偏转.

摘要： 关于小天体的探测器运动，与人造地球卫星的运动环境有较大差别，本文将针对小行星的不同质量和不同形状(它决定引力位的特征)探讨建立探测器运动的数学模型和相应的构造轨道解的方法。

摘要： 利用SIFT算法对探测器着陆小天体过程中拍摄的图像进行特征提取匹配。并结合着陆段探测器的运动特点，利用paraperspective投影来近似透视投影，运用运动估计算法在对探测器进行导航的同时估计三维特征点的位置，从而确定障碍区域。通过仿真比较了该算法与正投影以及弱透视投影，结果表明该算法可以作为一种有效的手段运用在探测器着陆小天体过程的障碍检测及状态估计。

摘要： 由于目标小天体和地面站之间存在较长的通讯延迟,加之小天体的动力学环境复杂多变,为了实现安全着陆小天体,探测器必须具有自主导航、制导和控制的能力.本文提出了一种着陆小天体极区的自主GNC方案:首先,基于对自然特征点的自动提取、跟踪和继承,给出了一种着陆小天体的自主光学导航方案;接着,为了保证垂直着陆小天体的极区,设计了PD控制器跟踪理想的下降轨迹、消除侧向位置和速度偏差;最后,通过计算机仿真对本文所提方案的可行性进行了验证.

摘要： 以小行星或彗星等太阳系小天体为目标的深空探测活动是未来航天领域的重点发展方向之一,由于绝大多数小天体目标存在着形状不规则、引力较弱且引力场分布不均匀、自转速度较快且自转轴不固定等特征,导致深空探测器绕飞探测阶段的轨道动力学与控制问题尤为复杂.本文基于小天体自转特性确定及其引力场可以采用三轴椭球体引力场模型逼近的前提,在考虑小天体椭率和扁率影响的情况下,对深空探测器远距离绕飞小天体的轨道动力学问题进行了分析,给出了深空探测器运动的解析解.

摘要： 在深空探测活动中,深空探测器绕飞小天体(小行星或彗星等)时,由于小天体目标体积与质量较小、形状不规则、引力场较弱且分布不均匀、自旋轴可能为非主轴且不均匀自旋等特殊性的存在,深空探测器的绕飞轨道稳定性较差.本文考虑深空环境中太阳辐射压力与小天体引力的影响,按远离与接近两种情况,建立了深空探测器绕飞小天体的相对运动方程,基于Jacobi积分常数给出了绕飞轨道的稳定条件.

摘要： 本文针对可以用三轴椭球体近似建模的小天体,给出了非球形引力势函数,建立了探测器绕飞小天体的轨道动力学方程.利用Jacobi积分常数绘制了探测器在小天体周围的零速度曲线,并分析了探测器的可能运动区域,给出了探测器不碰撞小天体的边界条件及不同偏心率下的近地点半径.分析了小天体扁率和椭率对绕飞轨道稳定性的影响,并给出了控制轨道主要参数的方法.最后,以小行星Eros为例进行了数值计算.

摘要： 本文针对绕飞小天体探测器的飞行环境变化快,小天体形状不规则的特点,提出利用星敏感器及光学导航相机,通过对小天体附近多颗小天体夹角的测量并存储,同时结合几何关系,来实时确定飞行器轨道状态的一类基于Unscented卡尔曼滤波的绕飞小天体自主导航轨道确定算法,可以提高轨道参数均值和方差的预报精度,解决自主轨道确定的困难.通过与Extended卡尔曼滤波比较,可以看出UKF在MMSE准则下,其性能是优于EKF的.

摘要： 本文给出了一种深空探测器着陆阶段的自主运动估计算法。该算法首先对导航相机采集的图像序列进行预处理，通过Shi-Tomasi-Kanade 算法检测与跟踪相邻两幅图像中多个对应特征点，得到匹配的特征点对。根据对极约束原理，采用线性算法给出基础矩阵的初始值，由于线形算法的简化使这一初始值精度难以满足导航要求，且考虑到特征点匹配过程中会出现误匹配问题，采用鲁棒方法和非线性算法对基础矩阵进行计算，得到更为精确的基础矩阵估计，结合激光测距仪给出的距离信息得到三维运动参数。因此，结合探测器开始进行导航拍照时在着陆点坐标系下的位姿初始信息，可以给出探测器在着陆阶段相对该坐标系的全部运动信息。仿真结果表明，该算法满足深空探测任务着陆阶段对导航算法自主性、实时性和可靠性要求。

摘要： 本发明公开的一种节点关联观测信息提取方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法为：根据节点间相对指向信息和节点间相对位置矢量信息满足节点间多视图几何约束的特点，匹配节点光学导航相机共同观测区域内的机会特征，由多组特征的对极约束方程求解节点间相对指向信息；在共同观测区域内搜寻绝对位置已知的形貌特征，若存在此类特征则联合激光测距仪信息，由光学测量几何关系得到节点间相对位置矢量信息；基于Sampson距离构建用于选取节点关联信息的评价函数，根据评价函数选取Sampson距离较小的信息作为节点关联信息，为柔性附着状态协同导航提供精确的节点关联信息。根据所述精确的节点关联信息对节点状态进行修正，提高柔性附着状态协同导航的精度。

摘要： 本公开公开了一种提高太阳系小天体的天体测量观测精度的方法，包括以下步骤：选定观测目标，确定观测目标的曝光时间后，拍摄预设数量的图像作为原始图像数据集；预处理得到预处理后的原始图像集；对预处理后的原始图像数据集分割，形成单独的观测目标数据集和背景恒星数据集；对齐叠加，获得对齐叠加背景恒星数据集和对齐叠加观测目标数据集；同一幅原始图像相对应的图像进行合并叠加；天体测量归算，计算观测目标的站心视位置。本公开的一个技术效果在于能够获取较多高信噪比的背景恒星及较为理想的目标小天体图像，提升观测精度。

摘要： 本公开公开了一种提高太阳系小天体的天体测量观测精度的方法，包括以下步骤：选定观测目标，确定观测目标的曝光时间后，拍摄预设数量的图像作为原始图像数据集；预处理得到预处理后的原始图像集；对预处理后的原始图像数据集分割，形成单独的观测目标数据集和背景恒星数据集；对齐叠加，获得对齐叠加背景恒星数据集和对齐叠加观测目标数据集；同一幅原始图像相对应的图像进行合并叠加；天体测量归算，计算观测目标的站心视位置。本公开的一个技术效果在于能够获取较多高信噪比的背景恒星及较为理想的目标小天体图像，提升观测精度。

摘要： 本发明涉及空间探测技术领域，特别涉及一种触碰式柔顺小天体采样系统及采样方法。包括星体平台及设置于星体平台上的主控制器、样品存储系统、监视系统、柔顺机械臂及工具库；样品存储系统用于样品的储存和密封；监视系统用于获取卫星与小天体之间的相对距离信息、倾角信息、小天体地形条件和星壤颗粒状态及监视采样过程，并将获取信息发送给主控制器；自适应关节用于安装工具头；采样工具库用于安装工具头；主控制器用于接收监视系统发送信息，并根据接收的信息控制柔顺机械臂拾取对应的采样工具，进行采样。本发明能够解决采样过程控制、复杂地形适应性、样品密封返回等难题，达到小天体自主、安全、高效样品采集和密封返回的目的。

摘要： 本发明公开的小天体表面复杂地形特征检测方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法为：利用探测器拍摄的导航图像，通过提取最大稳定极值区域特征并根据区域灰度均值，得到小天体表面导航特征的阴影区和光亮区，利用距离约束合并最大稳定极值区域以剔除重复区域；根据阴影区域像素个数，设置初始配对搜索窗口大小，实现同一导航特征的边缘粗提取。针对重叠区域陨石坑边缘误检测的问题，将两个阴影区搜索到的公共边缘点数目作为反馈信息，建立几何均方距离最小原则实现搜索半径的动态调整，对有重叠区域的陨石坑特征实现精确检测。本发明能够为深空探测复杂地形特征提供精确的自主检测方法，从而为探测器的导航系统提供精确可靠地导航路标。

摘要： 本发明公开了一种基于视觉雷达的小天体探测器柔性多模型导航方法，以解决探测器附着小天体时刚性碰撞问题，提高导航精度。本发明实现方法为：首先将柔性材料和探测器结合，构成柔性探测器物理模型，并根据柔性材料的刚柔耦合特性，构建动力学模型；随后将视觉雷达数据融合，完成视觉/雷达结合导航滤波；最后运用航迹关联算法和小天体柔性探测器多模型滤波算法，实现在柔性多模型下，柔性探测器对小天体表面的附着导航。本方案根据柔性材料在不同柔变系数下的柔性多模型，将柔性材料与多模型滤波算法结合，提高导航精度。

摘要： 本发明公开的小天体附着的面状探测器耦合约束轨迹规划方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法为：通过选取面状探测器附着过程中的姿轨状态量及推力器控制量为优化变量，将敏感器视场约束、推力器控制约束以及探测器整体姿态约束描述为对优化变量的约束函数，根据附着燃耗及平稳性需求设计性能指标函数，将面状探测器附着轨迹规划问题建模为姿轨一体优化问题；通过优化求解器，求解所建模的优化问题，得到最优附着轨迹及相应控制序列；针对优化求解器输出的附着轨迹与控制序列间的匹配误差，设计误差反馈项修正优化所得控制量，得到精确匹配的面状探测器附着轨迹及推力器控制序列，进而使面状探测器按优化目标实现高精度低燃耗平稳附着。

摘要： 本发明提供了一种小天体表面动态模拟与着陆视景仿真系统及方法，所述的基于虚拟现实的小天体表面动态模拟与着陆视景仿真系统主要包括：运用三维建模技术建立小天体立体模型，利用加权最小二乘法实现模型网格光顺；采用双线性线性插值处理贴图，通过球面映射与立方体映射相结合实现纹理映射；构建虚拟场景，根据四元数法和旋转矩阵法实现探测器姿轨实时控制，并设计虚拟相机运动及图像存储功能，实时获取小天体表面图像信息。本系统能够满足探测器着陆段的实验验证需求，可以实现对天体表面动态观测及着陆图像获取，图形质量高、实时性好，通过与某研究所GNC(Guidance，Navigation and Control)系统的对接验证了该系统的有效性。

摘要： 本发明公开的基于动态窗口算法的小天体表面附着轨迹规划方法，属于深空探测器自主规划技术领域。本发明实现方法如下：建立着陆坐标系下的探测器动力学方程，将探测器的运动特性在着陆坐标系上的三个方向进行分析。根据探测器的机动性能计算探测器在单位时间内的运动窗口，即探测器的速度矢量集合，对速度集中的每一个速度进行轨迹模拟。设定评价函数评价集合中每一轨迹的得分，包括目标位置距离得分、障碍物距离得分和速度方向得分，选择最优的轨迹并记录其加速度、速度和位置。重复迭代直至探测器到达目标着陆点。本发明具有规划效率高、精度高、灵活性高、适应性高、可靠性高的优点，能够提高着陆的实时性、精确性和安全性，节省探测器燃料。

摘要： 本发明涉及深空探测附着机构地面模拟测试平台，特别涉及一种小天体探测附着机构地面多模式力混合测试平台。包括主体框架、单一附着单元测试装置、测试平台、系列附着单元测试装置及整体附着机构测试装置，其中主体框架设置于测试平台上；单一附着单元测试装置安装在主体框架上，用于测试单一附着单元与测试平台吸附刚度极限；系列附着单元测试装置安装在主体框架上，用于测试系列附着单元机构在模拟岩石上的附着与脱附力学性能；整体附着机构测试装置安装在主体框架上，用于测试整个附着器在模拟岩石上的附着力学性能。本发明具备集成度高，灵活性高，高精度测控指标等特点，保证其控制精度和安全性能，满足应对小天体微重力耦合与补偿技术要求。