北京理工大學(xué)有著航空航天研究輝煌的歷史。上世紀(jì)50年代在國(guó)內(nèi)率先設(shè)立飛行器設(shè)計(jì)專業(yè),，開(kāi)展飛行器總體設(shè)計(jì),、發(fā)射、動(dòng)力學(xué)與控制,、導(dǎo)航與制導(dǎo)等方面的研究工作,，為我國(guó)“兩彈一星”事業(yè)做出了重要貢獻(xiàn)。進(jìn)入二十一世紀(jì),，學(xué)校面向國(guó)際宇航技術(shù)發(fā)展前沿和國(guó)家航天科技發(fā)展主戰(zhàn)場(chǎng),，廣泛參與和承擔(dān)了國(guó)家重大工程項(xiàng)目，培養(yǎng)了大量航天科研領(lǐng)軍人才,，從載人航天工程到嫦娥工程都體現(xiàn)了北京理工大學(xué)執(zhí)著不息的探索,。學(xué)校于2006年成立了宇航科學(xué)技術(shù)學(xué)院，2008年重組宇航學(xué)院（包括“航空宇航科學(xué)與技術(shù)”和“力學(xué)”兩個(gè)一級(jí)學(xué)科博士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)和博士后流動(dòng)站,，下設(shè)飛行器工程系,、飛行器控制系、發(fā)射與推進(jìn)工程系和力學(xué)系）,。同時(shí)為加速深空探測(cè)領(lǐng)域研究工作的開(kāi)展,，成立了深空探測(cè)技術(shù)研究所，重點(diǎn)開(kāi)展小天體探測(cè)相關(guān)技術(shù)的研究,。
探測(cè)小天體,，揭秘太陽(yáng)系
小天體是指圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)但不符合行星和矮行星條件的天體，主要包括小行星,、彗星等,，探測(cè)小天體可對(duì)研究太陽(yáng)系形成、行星演化,、地球和生命起源等提供重要線索,；同時(shí)對(duì)掌握小天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律,、避免小天體碰撞地球具有重要意義。6500萬(wàn)年前,，一顆直徑約10公里,、質(zhì)量為100億噸的小行星撞擊到地球表面，造成當(dāng)時(shí)全球氣候,、環(huán)境,、生態(tài)的災(zāi)變，使恐龍及其他生物種類滅絕,。未來(lái)的某一天小天體很有可能再撞向地球,，從而改變地球的命運(yùn)。目前美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA),、歐洲空間局（ESA）和一些相關(guān)機(jī)構(gòu)都在對(duì)那些可能危及地球的小天體加強(qiáng)監(jiān)測(cè)跟蹤,，尋找避免小天體碰撞地球的解決方案。
我國(guó)開(kāi)展低成本,、高回報(bào),、更遠(yuǎn)深空目標(biāo)小天體的探測(cè)歷史不長(zhǎng)，但在這一過(guò)程中,，北京理工大學(xué)科研人員針對(duì)深空探測(cè)中的小天體目標(biāo)，開(kāi)展了軌道設(shè)計(jì)與優(yōu)化,、自主導(dǎo)航與控制,、小天體軌道改變方案等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，并于2010年初通過(guò)國(guó)家航天局,，向國(guó)際“近地天體問(wèn)題工作組”提交了我國(guó)在小天體領(lǐng)域開(kāi)展研究工作的進(jìn)展報(bào)告,，為深空探測(cè)研究做出了貢獻(xiàn)。
構(gòu)想一探三,，路遙目標(biāo)篤
小天體探測(cè)是21世紀(jì)深空探測(cè)活動(dòng)的主要內(nèi)容之一,，北京理工大學(xué)研究者基于新技術(shù)試驗(yàn)和高科學(xué)回報(bào)并舉的原則，考慮國(guó)內(nèi)航天技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況,，提出了我國(guó)開(kāi)展小行星探測(cè)的多目標(biāo)多任務(wù)探測(cè)方案總體思路——即選擇Ivar小行星為主要環(huán)繞或著陸探測(cè)目標(biāo),，在到達(dá)Ivar小行星之前，中途從兩顆小行星附近飛過(guò),，通過(guò)攜帶的科學(xué)儀器對(duì)其進(jìn)行遙感和遙測(cè),，這是我國(guó)第一個(gè)“一探三”的小行星探測(cè)總體方案構(gòu)想。
為實(shí)現(xiàn) “一探三”小天體探測(cè),，研究人員對(duì)飛行歷程進(jìn)行了周密規(guī)劃：
2016年9月,，小天體探測(cè)器從地球出發(fā)，進(jìn)入星際飛行軌道,，2017年7月,，到達(dá)Reiji小行星,，進(jìn)行相應(yīng)的科學(xué)探測(cè)；之后探測(cè)器上攜帶的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火,，進(jìn)行一次深空機(jī)動(dòng),，使探測(cè)器于2018年7月回到地球附近，利用地球引力的作用,，改變探測(cè)器的飛行軌道,，使其于2019年7月飛過(guò)Ivashov小行星；之后再次進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火,，改變探測(cè)器的飛行方向,，使其可以在2020年6月與目標(biāo)小行星Ivar交會(huì)，并進(jìn)行減速制動(dòng),，進(jìn)行環(huán)繞探測(cè)或著陸探測(cè)（下圖為設(shè)計(jì)的探測(cè)器飛行路線圖）,。另外對(duì)于選擇的Ivar小行星,，在2021年9月還會(huì)出現(xiàn)一次較佳的探測(cè)器發(fā)射機(jī)會(huì)。
“一探三”方案飛行路線示意圖
勇破技術(shù)關(guān)，穰穰科學(xué)路
眾里尋她千百度——尋找小天體,。如何從為數(shù)眾多的小天體中選擇出目標(biāo)小行星并設(shè)計(jì)可行的探測(cè)軌道呢？北京理工大學(xué)研究者深入研究了小天體在太陽(yáng)系內(nèi)多個(gè)天體共同作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,，制定了小天體可接近性的評(píng)價(jià)體系和目標(biāo)選擇的準(zhǔn)則與方法,，提出了新的理論方法與實(shí)現(xiàn)算法，設(shè)計(jì)研制了具有多功能的“尋找小天體”軟件系統(tǒng),，成功地完成了我國(guó)首個(gè)“一探三”小行星探測(cè)系統(tǒng)方案的目標(biāo)選擇和軌道優(yōu)化設(shè)計(jì),。相關(guān)成果刊登于Earth，Moon and Planets,、Journal of Guidance Control and Dynamics,、Advance in Space Research和《中國(guó)科學(xué)》等雜志。
路遙萬(wàn)里道難尋——奔向小天體,。在茫茫的宇宙中飛行,，如何實(shí)現(xiàn)小天體探測(cè)器準(zhǔn)確地確定其目前所處的位置和姿態(tài)，并控制其按照設(shè)計(jì)的軌道自主地飛向目標(biāo),？美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）和歐洲空間操作中心（ESOC）等都展開(kāi)了此問(wèn)題的研究和試驗(yàn),。在國(guó)家863計(jì)劃重大項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持下，北京理工大學(xué)與兄弟單位合作,，突破了處于國(guó)際前沿領(lǐng)域的小天體目標(biāo)成像與快速處理,、小天體接近自主狀態(tài)估計(jì)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研制了深空飛行自主導(dǎo)航系統(tǒng),，正在進(jìn)行小天體探測(cè)過(guò)程中多種自主導(dǎo)航與控制技術(shù)的試驗(yàn)與驗(yàn)證,。
體小場(chǎng)弱難近身——登陸小天體。在接近形狀不規(guī)則,、質(zhì)量分布不均勻,、物理參數(shù)不確知的小天體時(shí),，如何安全、準(zhǔn)確地登陸到目標(biāo)表面呢,？國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局科技委主任欒恩杰院士形象地將其歸結(jié)為“雙零條件”,，即 ，“登陸”小天體時(shí)探測(cè)器和目標(biāo)小天體的相對(duì)速度和相對(duì)距離需要同時(shí)趨于零,。日本于2003年發(fā)射的“隼鳥(niǎo)”號(hào)小行星探測(cè)器經(jīng)過(guò)七年的艱難太空旅行,，于2010年6月13日返回地球，完成了人類首次小行星采樣返回任務(wù),。由于“登陸”小行星時(shí)沒(méi)有滿足“雙零條件”,，導(dǎo)致“隼鳥(niǎo)”號(hào)沒(méi)能按照計(jì)劃于2007年夏季返回地球。北京理工大學(xué)科研人員針對(duì)小天體的體積小,、引力場(chǎng)弱等特點(diǎn),，從不規(guī)則弱引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)理論入手，研究“登陸”小天體時(shí)“雙零條件”的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題,，完成了可進(jìn)行“登陸”過(guò)程模擬與演示的半物理仿真試驗(yàn)系統(tǒng),。在下一個(gè)五年計(jì)劃，北京理工大學(xué)將提出我國(guó)首個(gè)登陸小行星采樣的“生物之星”任務(wù)目標(biāo)與軌道方案,。
譜寫(xiě)新篇章,，任重信心足
月球探測(cè)的成功實(shí)施邁出了中國(guó)開(kāi)展深空探測(cè)的第一步，進(jìn)行更遠(yuǎn)深空目標(biāo)（火星,、小行星和彗星等）的探測(cè)是中國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的必然選擇,。北京理工大學(xué)將密切結(jié)合《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》，以我國(guó)未來(lái)第一個(gè)小天體探測(cè)任務(wù)的設(shè)計(jì)與實(shí)施為目標(biāo)而繼續(xù)努力,。
目前，北京理工大學(xué)正在與國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展合作,，對(duì)多任務(wù)多目標(biāo)小行星探測(cè)方案,、火星與小行星聯(lián)合探測(cè)方案、基于我國(guó)月球探測(cè)工程后續(xù)任務(wù)的小行星探測(cè)方案開(kāi)展論證工作,。在本文即將完成編撰工作之時(shí),，崔平遠(yuǎn)教授又收到了參加2011年國(guó)際宇航科學(xué)院行星防御會(huì)議規(guī)劃委員會(huì)的邀請(qǐng)。我們相信在不遠(yuǎn)的未來(lái),，作為“登陸小天體”的重要成員,，我國(guó)的小天體探測(cè)之夢(mèng)一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。
（審核：$curArticle.auditInfo）