月球探測(cè)器飛越多小天體的拓展任務(wù)設(shè)計(jì)

劉 磊,陳 明,張 堯

(北京航天飛行控制中心 航天飛行動(dòng)力學(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100094)

小行星和彗星等小天體對(duì)于宇宙科學(xué)、生命起源等研究具有重要價(jià)值,其蘊(yùn)含的礦產(chǎn)資源具有應(yīng)用價(jià)值,因而一直是深空探測(cè)的熱點(diǎn)。從小天體國(guó)際探測(cè)任務(wù)發(fā)展看,主要包括三個(gè)技術(shù)階段:飛越、繞飛和附著、采樣返回,目前人類(lèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)Eros、Vesta等十余顆小行星、“楚留莫夫-格拉希門(mén)克”和19P/Borrelly彗星的飛越探測(cè),日本“隼鳥(niǎo)”探測(cè)器在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)小行星“龍宮”的采樣返回[1-10]。我國(guó)2012年實(shí)施了嫦娥二號(hào)飛越探測(cè)小行星4179拓展任務(wù)[11],成功獲取了該小行星的近距離光學(xué)圖像,相關(guān)研究表明其可能是碎石堆結(jié)構(gòu),并發(fā)現(xiàn)了其表面的巨盆地、隕石坑等新特征[12]。該任務(wù)的成功實(shí)施說(shuō)明利用月球探測(cè)器開(kāi)展小天體拓展任務(wù),既可以充分發(fā)揮探測(cè)器價(jià)值,實(shí)現(xiàn)工程效益最大化,又有望獲取地外天體研究所需的重要原始資料,同時(shí)可為后續(xù)小天體探測(cè)、威脅防御、開(kāi)采利用等任務(wù)提供寶貴的關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證機(jī)會(huì)。

為此,本文從我國(guó)小行星探測(cè)已有經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)狀出發(fā),結(jié)合我國(guó)嫦娥五號(hào)(Chang′e-5,CE-5)任務(wù)現(xiàn)狀,研究基于月球探測(cè)器的多小天體飛越探測(cè)軌道設(shè)計(jì),考慮利用CE-5軌道器開(kāi)展小天體飛越探測(cè)拓展任務(wù)。在CE-5任務(wù)成功返回月球采樣后,軌道器進(jìn)入地心大橢圓軌道,“隼鳥(niǎo)-2號(hào)”小行星采樣返回任務(wù)結(jié)束后的飛行狀態(tài)與之相同,其拓展任務(wù)軌道采用多次地球借力方式,計(jì)劃于2031年與小行星1998 KY26交會(huì)[13-14]。……