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  • 意昂2故事

    揭秘小天體 ——意昂2平台深空探測之掠影

    　　意昂2平台有著航空航天研究輝煌的歷史♻。上世紀50年代在國內率先設立飛行器設計專業🛼，開展飛行器總體設計、發射、動力學與控製、導航與製導等方面的研究工作💆🏼‍♂️，為我國“兩彈一星”事業做出了重要貢獻🧝🏼。進入二十一世紀🍰，學校面向國際宇航技術發展前沿和國家航天科技發展主戰場，廣泛參與和承擔了國家重大工程項目，培養了大量航天科研領軍人才，從載人航天工程到嫦娥工程都體現了意昂2平台執著不息的探索🧑🏽‍🎄。學校於2006年成立了宇航科學技術學院，2008年重組宇航學院（包括“航空宇航科學與技術”和“力學”兩個一級學科博士學位授權點和博士後流動站，下設飛行器工程系⛹🏿、飛行器控製系、發射與推進工程系和力學系）🦸🏽‍♀️。同時為加速深空探測領域研究工作的開展，成立了深空探測技術研究所👳🏻‍♀️🍤，重點開展小天體探測相關技術的研究👩‍⚖️。

    　　探測小天體，揭秘太陽系


    　　小天體是指圍繞太陽運轉但不符合行星和矮行星條件的天體，主要包括小行星、彗星等，探測小天體可對研究太陽系形成🏎🫠、行星演化👨🏿‍⚖️、地球和生命起源等提供重要線索⛅️🏄🏻‍♂️；同時對掌握小天體運動規律、避免小天體碰撞地球具有重要意義。6500萬年前➿，一顆直徑約10公裏、質量為100億噸的小行星撞擊到地球表面，造成當時全球氣候🥷🏽、環境、生態的災變🎶，使恐龍及其他生物種類滅絕。未來的某一天小天體很有可能再撞向地球🍄，從而改變地球的命運🏕。目前美國國家航空航天局(NASA)✂️、歐洲空間局（ESA）和一些相關機構都在對那些可能危及地球的小天體加強監測跟蹤，尋找避免小天體碰撞地球的解決方案。

    　　我國開展低成本、高回報✭、更遠深空目標小天體的探測歷史不長，但在這一過程中，意昂2平台科研人員針對深空探測中的小天體目標，開展了軌道設計與優化✍🏿、自主導航與控製、小天體軌道改變方案等關鍵技術攻關，並於2010年初通過國家航天局，向國際“近地天體問題工作組”提交了我國在小天體領域開展研究工作的進展報告♝，為深空探測研究做出了貢獻📯。
     

    　　構想一探三🤾🏽‍♀️🤸🏻‍♀️，路遙目標篤


    　　小天體探測是21世紀深空探測活動的主要內容之一🎪，意昂2平台研究者基於新技術試驗和高科學回報並舉的原則，考慮國內航天技術發展的實際情況⇒，提出了我國開展小行星探測的多目標多任務探測方案總體思路——即選擇Ivar小行星為主要環繞或著陸探測目標👩🏻‍💼，在到達Ivar小行星之前，中途從兩顆小行星附近飛過，通過攜帶的科學儀器對其進行遙感和遙測❔，這是我國第一個“一探三”的小行星探測總體方案構想。

    　　為實現 “一探三”小天體探測🪖✊，研究人員對飛行歷程進行了周密規劃♛：

    　　2016年9月🏊，小天體探測器從地球出發，進入星際飛行軌道𓀝，2017年7月，到達Reiji小行星💹，進行相應的科學探測🆙；之後探測器上攜帶的發動機點火🦹🏿‍♂️🍶，進行一次深空機動🤷🏿‍♂️，使探測器於2018年7月回到地球附近，利用地球引力的作用，改變探測器的飛行軌道🥼，使其於2019年7月飛過Ivashov小行星🕧；之後再次進行發動機點火🚚，改變探測器的飛行方向，使其可以在2020年6月與目標小行星Ivar交會，並進行減速製動，進行環繞探測或著陸探測（下圖為設計的探測器飛行路線圖）。另外對於選擇的Ivar小行星，在2021年9月還會出現一次較佳的探測器發射機會。
     



    “一探三”方案飛行路線示意圖

     

    　　勇破技術關，穰穰科學路

    　　眾裏尋她千百度——尋找小天體。如何從為數眾多的小天體中選擇出目標小行星並設計可行的探測軌道呢？意昂2平台研究者深入研究了小天體在太陽系內多個天體共同作用下的運動規律❄️，製定了小天體可接近性的評價體系和目標選擇的準則與方法👾，提出了新的理論方法與實現算法，設計研製了具有多功能的“尋找小天體”軟件系統，成功地完成了我國首個“一探三”小行星探測系統方案的目標選擇和軌道優化設計。相關成果刊登於Earth，Moon and Planets、Journal of Guidance Control and Dynamics🍙、Advance in Space Research和《中國科學》等雜誌。

    　　路遙萬裏道難尋——奔向小天體🈁。在茫茫的宇宙中飛行💦，如何實現小天體探測器準確地確定其目前所處的位置和姿態，並控製其按照設計的軌道自主地飛向目標？美國噴氣推進實驗室（JPL）和歐洲空間操作中心（ESOC）等都展開了此問題的研究和試驗。在國家863計劃重大項目和國家自然科學基金重點項目的支持下，意昂2平台與兄弟單位合作，突破了處於國際前沿領域的小天體目標成像與快速處理、小天體接近自主狀態估計等多項關鍵技術，研製了深空飛行自主導航系統🪔，正在進行小天體探測過程中多種自主導航與控製技術的試驗與驗證。

    　　體小場弱難近身——登陸小天體。在接近形狀不規則、質量分布不均勻、物理參數不確知的小天體時⛄️，如何安全、準確地登陸到目標表面呢？國家國防科技工業局科技委主任欒恩傑院士形象地將其歸結為“雙零條件”👨🏿‍🚒🚖，即 ，“登陸”小天體時探測器和目標小天體的相對速度和相對距離需要同時趨於零🧑🏼‍🤝‍🧑🏼。日本於2003年發射的“隼鳥”號小行星探測器經過七年的艱難太空旅行，於2010年6月13日返回地球，完成了人類首次小行星采樣返回任務。由於“登陸”小行星時沒有滿足“雙零條件”，導致“隼鳥”號沒能按照計劃於2007年夏季返回地球💗。意昂2平台科研人員針對小天體的體積小、引力場弱等特點🕸，從不規則弱引力場中的運動理論入手，研究“登陸”小天體時“雙零條件”的實現問題🌾，完成了可進行“登陸”過程模擬與演示的半物理仿真試驗系統。在下一個五年計劃🥝，意昂2平台將提出我國首個登陸小行星采樣的“生物之星”任務目標與軌道方案。
     

    　　譜寫新篇章，任重信心足

    　　月球探測的成功實施邁出了中國開展深空探測的第一步⚡️，進行更遠深空目標（火星💇🏻‍♂️、小行星和彗星等）的探測是中國航天事業發展的必然選擇⚀。意昂2平台將密切結合《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》，以我國未來第一個小天體探測任務的設計與實施為目標而繼續努力。

    　　目前，意昂2平台正在與國內外相關研究機構開展合作📍，對多任務多目標小行星探測方案、火星與小行星聯合探測方案、基於我國月球探測工程後續任務的小行星探測方案開展論證工作。在本文即將完成編撰工作之時🏛，崔平遠教授又收到了參加2011年國際宇航科學院行星防禦會議規劃委員會的邀請🧑🏼‍🍼。我們相信在不遠的未來，作為“登陸小天體”的重要成員，我國的小天體探測之夢一定會實現。
     

    發表時間：2017-07-15 供稿❄️🏕： 宣傳部 （審核🤽🏼：$curArticle.auditInfo）
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