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北航丁希仑教授团队在《Nature Astronomy》上发表通讯文章

作者: 发布: 2021-07-07

近日,国际知名期刊《Nature Astronomy》在线刊登了北京航空航天大学vns86com威尼斯城丁希仑教授课题组的通讯文章“China’s ambitions and challenges for asteroid–comet exploration”(中译:中国小天体探测的雄心与挑战)。丁希仑教授为通讯作者,北航为通讯单位,北航2017年博士毕业生张涛(现为广东工业大学副教授,德国马普智能系统研究所客座科学家)和北航vns86com威尼斯城徐坤副教授为共同第一作者。

 

小天体包含丰富的太阳系早期原始信息,是了解太阳系起源和演化的重要载体。在过去的30年里,人类向小天体发射了约20个探测器,取得了巨大科学发现,其中包括欧洲的Rosetta号、日本的Hayabusa 1/2号以及美国的OSIRIS-Rex号对小天体进行采样原位分析或返回。我国通过实施“嫦娥”系列月球探测任务和“天问”一号火星探测任务,深空探测技术水平得到了大幅提升,并计划实施小天体探测任务。

论文介绍了我国小天体探测任务规划,具有多目标及多阶段的特点:通过一次发射,探测两个小天体,即对近地小行星2016HO3进行采样返回,对主带彗星311P/PANSTARRS绕飞探测。文章进一步介绍了任务的科学目标、工程目标和任务载荷,以期通过该任务的实施,全面突破深空探测领域的核心技术,让中国的小天体探测能力赶上国际先进水平,同时极大促进我国行星科学的发展。

对土层进行采样分析是最直接与最有效了解地外天体地质构造的方法,但小天体具有形状不规则、表面碎石遍布、零重力、高真空且温度极低的特点,表层土壤具有高度未知性与不确定性,对其采样极其困难。目前国际上对小天体土层采样主要有两种方法:一种是“锚定附着”式,另一种是“一触即走”式。前者是通过复杂的土层穿透和锚固机构系统将着陆小天体的探测器进行固定,从而提供采样所需要的反用作力,对锚固机构系统和锚定处土层特性要求高,但通过该方式可以进行长时间的精细采样操作。后者是通过控制探测器与小天体进行短暂接触,依靠探测器推进系统提供采样所需反作用力,在接触的短时间内完成采样作业,因此无需着陆和锚固机构系统,但采样过程需要复杂的导航、制导和控制。目前国际上对小行星土层实施采样任务都是通过“一触即走”方式实现的,“附着锚定”尚未有成功的先例。我国将大胆挑战“锚定附着”的采样探测方式,同时系统将兼顾“一触即走”方式,以确保至少一种方式能够实现星壤采样。目前,我国对两种采样方式都已有相关前期研究,其中包括课题组与中国空间技术研究院共同研制的小行星原位采样分析一体化机器人。

文章探讨了针对此次长达十年的小天体采样任务,我国依然需要攻克一系列关键技术,包括:地形适应性强的锚固与采样机构技术、长寿命高效率推进技术、高精度导航制导控制与轨道机动技术、自主下降/附着/采样控制技术、环境适应性强的热控技术和地面模拟测试技术。

丁希仑教授课题组长期以来一直从事空间机构与机器人技术方面的研究工作,在星球探测机器人机构设计、运动控制、仿真分析及星面环境模拟测试实验验证等方面先后发表了系列研究成果,曾研制了我国首台面向月壤深层采样的多杆对接式机器人、六足轮腿式星球探测机器人、面向小行星土壤原位采样与分析的机器人等样机,也参与了国家“嫦娥”五号月壤深层钻取采样重大型号任务。该成果得到了国家自然科学基金和共融机器人重大研究计划的支持。

论文信息:Zhang, T., Xu, K. & Ding, X. China’s ambitions and challenges for asteroid–comet exploration. Nat Astron (2021). https://doi.org/10.1038/s41550-021-01418-9

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41550-021-01418-9

 

转自:北航新闻网