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小行星探测器:计划2022年发射

2016年1月13日上午,北理工深空探测领域工作推进研讨会在2号楼211会议室召开


深空自主导航与控制工业和信息化部重点实验室召开首届学术委员会会议暨2015年度工作会议

供稿: 宇航学院     摄影:宣传部    编辑:钟艳玲

  2015年1月11日,深空自主导航与控制工信部重点实验室首次学术委员会会议在北京理工大学召开。重点实验室学术委员会委员胡海岩校长、杨树兴副校长、陈杰副校长、科研院胡俊副部长、宇航学院荣吉利副院长、实验室的骨干教师和学生代表参加了会议。胡俊副部长和学术委员会主任包为民院士分阶段主持了会议。

  重点实验室聘请航天科技集团公司科技委主任包为民院士担任学术委员会主任,东南大学校长张广军院士、探月与航天工程中心总师吴伟仁院士任副主任,总装测通所所长董光亮研究员、航天科技集团八院509所所长张伟研究员、航天东方红卫星有限公司副总经理张晓敏研究员、解放军信息工程大学徐青教授、北京航天飞行控制中心重点实验室主任唐歌实研究员、北京理工大学校长胡海岩院士、副校长杨树兴教授、北京理工大学崔平远教授等担任学术委员会委员。

   胡海岩校长代表学校,对各位专家受邀担任实验室学术委员会委员表示感谢,希望实验室在学术委员会的指导下,结合国家重大需求和学校的特色发展战略,积极开展科研工作,为我国深空探测事业做出贡献。随后,胡海岩校长代表学校向学术委员会委员颁发了聘书。

  重点实验室主任崔平远教授代表深空自主导航与控制工业和信息化部重点实验室介绍了实验室设立背景、研究方向、已有基础和建设目标。与会专家学者就实验室的发展方向、重点工作和未来发展目标进行了热烈讨论并提出了宝贵建议,希望实验室能够紧密结合国家重大需求,突出重点和特色,开展深空探测领域的原创性研究工作。

   会议还邀请清华大学宝音贺西教授、北京理工大学朱圣英副教授和田强副教授分别做了题为“小行星捕获与防御”、“行星表面精确着陆自主导航与控制”和“多柔体系统动力学研究与应用”的学术报告,与会专家学者对报告进行了交流讨论。

  深空自主导航与控制实验室是北京理工大学获批建设的首批工信部重点实验室,也是工信部本批次实验室中唯一深空探测领域的重点实验室。该重点实验室依托“航空宇航科学与技术”,“力学”和“控制科学与工程”三个一级学科开展建设工作,设立了深空自主导航与制导、深空动力学与控制、深空轨道设计与仿真等三个研究方向,以国家深空探测重大需求为导向,瞄准国际学术前沿,围绕深空探测领域中的重大科学问题,研究深空探测自主导航与控制的新理论、新方法和新技术,服务于国家深空探测重大工程。


北京理工大学获得六项2015年度国家科学技术奖。其中由崔平远教授主持完成的“深空探测任务轨道设计技术”项目获得国家科技进步奖二等奖。


小行星探测用双谱段相机,基于DSP+FPGA架构,采用全透式光学系统及非制冷红外探测器和CMOS探测器。


        我国首颗小行星探测任务的目标是实现对Tukimit小行星的飞越探测、对Apophis小行星的伴飞以及对1996FG3小行星的附着探测。

       小行星探测形式为多目标探测,对于近地小行星的伴飞 附着探测,巡航段轨道转移所需速度增量要求接近或大于5km/s,近地小行星探测任务轨道机动总速度增量需求约为5 .6km/s,远大于火星、金星等大行星探测所需的速度增量。深空探测离子推进的应用方式为主要承担主推进任务,同时兼顾轨道修正和姿态控制机动任务。

       离子推进系统在巡航飞行时,一般都采用连续推进方式,一次工作几百上千小时。为了缩短到探测目标的飞行时间和节省推进 剂,大多采用离子推进系统推进与其它行星引力辅助作用相结合的轨道转移方式。离子推进系统将在小行星探测中用来完成全部巡航阶段轨道机动任务。

       我国首颗小行星探测任务拟采用离子推进系统完成全部巡航阶段轨道机动。参考国外经验,为了完成大ΔV的任务,依据推力和比冲大小,离子推进系统一般需由3台以上推力器组成,采用冗余备份,或者三备一,或者四备一等方式配置。 如果以目前我国现有20cm离子推力器为基础,将其改进设计为变推力离子推力器,可在40mN和 60mN两种推力模式下工作,寿命为15000h,从最简化配置和系统可靠性角度出发,离子推进系统考虑采用2台离子推力器,通过组合就可以实现 40mN、60mN、80mN、100mN及120mN共5种推力工况,比冲大于3000s,这样就能完成小行星 探测中全部巡航任务的需求。 

       为满足未来我国小行星探测器的需求,以现有较为成熟的20cm氙离子推力器为基础,在不改变其结构尺寸及零部件的条件下,通过对其工作参数的设计和优化试验,确定了20cm+离子推力器的工作参数,并进行了性能测试。

        测试结果表明: 20cm+离子推力器在优化确定的60mN推力模式工作参数下,比冲达到3500s,效率达到65%,功耗 约1600W, 90%束流含量内,束流发散角全角小于30°。利用20cm+变推力离子推力器的组合,可以实现不同推力模式,以满足未来我国小行星探测器的需求。 

用于小行星探测的离子推力器技术研究


计划2022年发射


北理工宇航学院和航天东方红卫星有限公司举行“小行星探测技术”联合实验室揭牌仪式

  6月14日,北京理工大学宇航学院—航天东方红卫星有限公司“小行星探测技术”联合实验室成立暨揭牌仪式在航天城东方红卫星有限公司会议室召开。航天科技集团五院李忠宝副院长、五院研发部黄献龙部长、航天东方红卫星有限公司葛玉君总经理、郑亚琳书记、张晓敏副总经理、张立华总师、北京理工大学张炜书记、北京理工大学科研院王鲁常务副院长、宇航学院胡更开院长、于倩书记、王宁飞副院长、崔平远副院长等出席了会议,与会的还有联合实验室的研究和技术人员代表。

  首先,张晓敏副总经理介绍了东方红卫星有限公司的概况、目前小卫星研发能力等,然后回顾了小行星探测技术联合实验室从2013年签署合作协议后的筹备和联合研究情况,并向与会代表介绍了双方联合提出的小行星探测任务方案。与会专家和领导进行了热烈的讨论,对前期的合作基础和工作进展进行了充分的肯定。

 随后,葛玉君总经理和胡更开院长共同为北京理工大学宇航学院—航天东方红卫星有限公司“小行星探测技术”联合实验室揭牌。

 李忠宝副院长讲话中强调大学创新和五院工程技术部门的互补性,北京理工大学有很多研究成果、科学载荷、技术创新可以服务中国的航天事业,小行星探测是目前国际上具有引领性的航天任务,北京理工大学和航天东方红卫星有限公司联合开展小行星探测任务论证,可以优势互补,推动我国航天技术的创新和发展。

  张炜书记回顾了北京理工大学和航天科技集团五院的长期合作情况,并介绍了我校在航天方面的研究历史和相关研究工作。张炜书记充分肯定了“小行星探测技术”联合实验室前期研究工作和取得的成绩,希望联合实验室在今后的工作中要抓住我国航天“十三五”规划的契机,发挥各自的优势、多方面沟通,加快推进小行星探测任务的深入论证和立项。

  “小行星探测技术”联合实验室的建立,将促进北京理工大学和航天东方红卫星有限公司深入合作,进一步推动高校和科研院所在人才培养、技术创新、联合研究等方面的“产学研”结合。


北理工宇航代表团访问法国巴黎天文台和德国宇航局

  为进一步推进小行星探测科学任务的国际合作,2015年6月3日—9日,北京理工大学宇航学院和航天五院东方红卫星有限公司共同组成代表团,赴法国巴黎天文台和德国宇航局行星技术研究所进行学术交流访问。宇航学院崔平远教授、徐瑞副教授和乔栋副教授代表宇航学院参加了此次学术交流访问。此次出访得到了我校国际交流合作处、人事处和科学技术研究院的大力支持。

  法国巴黎天文台M.A. Barucci教授于2013年12月受邀访问北京理工大学宇航学院,商定了双方联合开展小行星探测科学研究的合作意向,随后法国巴黎天文台与北京理工大学于2014年底签署了合作框架协议。此次访问主要是进一步明确双方联合研究团队组成以及开展合作研究的重点任务,推动我国小行星探测计划任务的论证立项。

  参与合作交流的有法国巴黎天文台副台长G. Perrin教授、MarcoPolo-2D首席科学家Ian Franchi教授以及M.A. Barucci教授的天体物理科学仪器与空间研究团队成员。

  G. Perrin教授首先介绍了巴黎天文台的构成和在空间科学领域的研究工作,希望巴黎天文台和北京理工大学能够建立稳定长期的合作关系。

  然后,徐瑞副教授介绍了北京理工大学和航天东方红卫星有限公司联合提出的小行星探测方案以及目前的任务论证进展。

  

  Franchi教授介绍了MarcoPolo-2D小行星探测计划的具体内容和论证工作,Barucci教授介绍了其团队在Rosetta彗星探测任务中的研究工作及获得的科学研究成果。随后,双方就所关心的重点问题进行了深入的交流和研讨。

  期间,代表团参观了巴黎天文台空间观测设备和Meudon观测站的空间科学探测仪器,并由崔平远教授和Barucci教授代表双方签订了继续深入合作的任务协议,为小行星探测任务的深入论证建立了良好的合作机制。

  在德国宇航局行星技术研究所访问期间,代表团分别与高级科学家Alan Harris教授、欧洲罗塞塔彗星着陆器项目经理Stephan Ulamec博士等,就弱引力小天体着陆的关键技术及德宇航局获得的科学数据和成果进行了交流,并就未来的科研合作领域进行了深入探讨。

   通过此次访问,北京理工大学将与法国巴黎天文台和德国宇航局行星技术研究所进一步加强在小行星探测任务中的技术合作,继而推进我国小行星探测任务的论证立项以及深空探测科学目标的国际化。

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