北京航空航天大學丁希侖教授團隊在《Nature Astronomy》上發(fā)表通訊文章

　　非全日制研究生網(wǎng)訊：近日，國際知名期刊《Nature Astronomy》在線刊登了北京航空航天大學機械學院丁希侖教授課題組的通訊文章“China’s ambitions and challenges for asteroid—comet exploration”（中譯：中國小天體探測的雄心與挑戰(zhàn)）。丁希侖教授為通訊作者，北航為通訊單位，北航2017年博士畢業(yè)生張濤（現(xiàn)為廣東工業(yè)大學副教授，德國馬普智能系統(tǒng)研究所客座科學家）和北航機械學院徐坤副教授為共同第一作者。

　　小天體包含豐富的太陽系早期原始信息，是了解太陽系起源和演化的重要載體。在過去的30年里，人類向小天體發(fā)射了約20個探測器，取得了巨大科學發(fā)現(xiàn)，其中包括歐洲的Rosetta號、日本的Hayabusa 1/2號以及美國的OSIRIS-Rex號對小天體進行采樣原位分析或返回。我國通過實施“嫦娥”系列月球探測任務和“天問”一號火星探測任務，深空探測技術(shù)水平得到了大幅提升，并計劃實施小天體探測任務。

　　論文介紹了我國小天體探測任務規(guī)劃，具有多目標及多階段的特點：通過一次發(fā)射，探測兩個小天體，即對近地小行星2016HO3進行采樣返回，對主帶彗星311P/PANSTARRS繞飛探測。文章進一步介紹了任務的科學目標、工程目標和任務載荷，以期通過該任務的實施，全面突破深空探測領域的核心技術(shù)，讓中國的小天體探測能力趕上國際先進水平，同時極大促進我國行星科學的發(fā)展。

　　對土層進行采樣分析是最直接與最有效了解地外天體地質(zhì)構(gòu)造的方法，但小天體具有形狀不規(guī)則、表面碎石遍布、零重力、高真空且溫度極低的特點，表層土壤具有高度未知性與不確定性，對其采樣極其困難。目前國際上對小天體土層采樣主要有兩種方法：一種是“錨定附著”式，另一種是“一觸即走”式。前者是通過復雜的土層穿透和錨固機構(gòu)系統(tǒng)將著陸小天體的探測器進行固定，從而提供采樣所需要的反用作力，對錨固機構(gòu)系統(tǒng)和錨定處土層特性要求高，但通過該方式可以進行長時間的精細采樣操作。后者是通過控制探測器與小天體進行短暫接觸，依靠探測器推進系統(tǒng)提供采樣所需反作用力，在接觸的短時間內(nèi)完成采樣作業(yè)，因此無需著陸和錨固機構(gòu)系統(tǒng)，但采樣過程需要復雜的導航、制導和控制。目前國際上對小行星土層實施采樣任務都是通過“一觸即走”方式實現(xiàn)的，“附著錨定”尚未有成功的先例。我國將大膽挑戰(zhàn)“錨定附著”的采樣探測方式，同時系統(tǒng)將兼顧“一觸即走”方式，以確保至少一種方式能夠?qū)崿F(xiàn)星壤采樣。目前，我國對兩種采樣方式都已有相關前期研究，其中包括課題組與中國空間技術(shù)研究院共同研制的小行星原位采樣分析一體化機器人。

　　文章探討了針對此次長達十年的小天體采樣任務，我國依然需要攻克一系列關鍵技術(shù)，包括：地形適應性強的錨固與采樣機構(gòu)技術(shù)、長壽命高效率推進技術(shù)、高精度導航制導控制與軌道機動技術(shù)、自主下降/附著/采樣控制技術(shù)、環(huán)境適應性強的熱控技術(shù)和地面模擬測試技術(shù)。

　　丁希侖教授課題組長期以來一直從事空間機構(gòu)與機器人技術(shù)方面的研究工作，在星球探測機器人機構(gòu)設計、運動控制、仿真分析及星面環(huán)境模擬測試實驗驗證等方面先后發(fā)表了系列研究成果，曾研制了我國首臺面向月壤深層采樣的多桿對接式機器人、六足輪腿式星球探測機器人、面向小行星土壤原位采樣與分析的機器人等樣機，也參與了國家“嫦娥”五號月壤深層鉆取采樣重大型號任務。該成果得到了國家自然科學基金和共融機器人重大研究計劃的支持。