小行星跳躍探測器著陸跳躍運動仿真研究.pdf

1、小行星探測對探索宇宙的歷史和演化、生命的起源、探尋太空資源、探測深空環(huán)境以及防范近地小行星的威脅等都具有重要的意義。對小行星進行詳細探測研究的理想方式是利用著陸探測器對其進行表面現(xiàn)場探測。針對小行星特殊的微重力的環(huán)境，跳躍探測器是解決在小行星微重力場下移動行走問題從而進行小行星表面探測的理想方案。本文針對跳躍探測器在小行星表面跳躍過程的動力學(xué)建模和著陸與跳躍過程中運動的影響因素進行了研究：
　　引入基于瞬間碰撞假設(shè)的瞬間碰撞模型，

2、建立了基于瞬間碰撞模型的探測器跳躍過程的2D動力學(xué)模型，推導(dǎo)了其動力學(xué)方程。建立了基于連續(xù)接觸力模型的探測器跳躍過程的2D和3D動力學(xué)模型。
　　通過相同的仿真算例對基于瞬間碰撞模型的跳躍探測器2D動力學(xué)模型和基于連續(xù)接觸力模型的跳躍探測器2D動力學(xué)模型的計算結(jié)果的對比，互相驗證了兩種動力學(xué)模型的合理性，并分析了兩種模型在一些情況下的計算結(jié)果差別很大的主要原因。
　　分析了跳躍探測器在小行星表面著陸和跳躍過程運動的主要影響因

3、素，包括：恢復(fù)系數(shù)、摩擦系數(shù)、地面剛度系數(shù)，重力加速度，跳躍探測器初始速度、跳躍探測器初始角速度。通過仿真分析各個因素的影響，得出如下結(jié)論：
　　恢復(fù)系數(shù)對仿真結(jié)果的影響較大，在動力學(xué)建模研究之中，應(yīng)當(dāng)盡量選取最接近真實情況的恢復(fù)系數(shù)。
　　剛度系數(shù)對模型的第一次跳躍的仿真結(jié)果的影響很小，但從長期來看，剛度系數(shù)對于長時間的跳躍過程會有一定影響。在動力學(xué)建模研究中，若不是對精度要求十分高或仿真時間相對較短，可適當(dāng)放寬對剛度系數(shù)

4、的準(zhǔn)確性的要求。
　　小行星的重力加速度是影響跳躍探測器著陸和跳躍過程的一個非常重要的因素，需要對小行星的引力場有盡可能精確的了解，動力學(xué)建模中需要選擇較為精確的引力場建模方法。
　　摩擦系數(shù)也是影響探測器著陸跳躍過程的一個重要的因素，在動力學(xué)建模中需要盡量選取接近真實情況的摩擦系數(shù)。同時，表面較為粗糙的小行星更不利于探測器的著陸。
　　跳躍探測器的質(zhì)心初始速度對其在小行星表面的著陸和跳躍過程的運動影響很大，其中質(zhì)心初

5、始速度豎直方向的分量影響最為顯著比XOY平面的分量影響更大；質(zhì)心初始速度在XOY平面的分量對跳躍探測器在XOY平面的跳躍方向和跳躍終點相對著陸點的方位有決定性的影響。從跳躍探測器在小行星著陸的要求來看，明顯地需要盡量減小跳躍探測器在小行星著陸的初始速度，從而使得跳躍探測器著陸到停在小行星表面的時間盡量短，并且最終停下來的地點不會離預(yù)定的著陸點太遠。
　　跳躍探測器的初始角速度同樣是對跳躍探測器在小行星著陸和跳躍過程中影響較為重要的