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年代在國內(nèi)率先設(shè)立飛行器設(shè)計專業(yè),，開展飛行器總體設(shè)計、發(fā)射,、動力學(xué)與控制,、導(dǎo)航與制導(dǎo)等方面的研究工作，為我國“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)校面向國際宇航技術(shù)發(fā)展前沿和國家航天科技發(fā)展主戰(zhàn)場，廣泛參與和承擔(dān)了國家重大工程項目,，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)”兩個一級學(xué)科博士學(xué)位授權(quán)點和博士后流動站,，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）,。同時為加速深空探測領(lǐng)域研究工作的開展,，成立了深空探測技術(shù)研究所，重點開展小天體探測相關(guān)技術(shù)的研究,。
探測小天體,，揭秘太陽系
小天體是指圍繞太陽運轉(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,，探測小天體可對研究太陽系形成、行星演化,、地球和生命起源等提供重要線索,；同時對掌握小天體運動規(guī)律、避免小天體碰撞地球具有重要意義,。6500萬年前,，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,。目前美國國家航空航天局(NASA),、歐洲空間局（ESA）和一些相關(guān)機構(gòu)都在對那些可能危及地球的小天體加強監(jiān)測跟蹤，尋找避免小天體碰撞地球的解決方案,。
我國開展低成本,、高回報、更遠(yuǎn)深空目標(biāo)小天體的探測歷史不長,，但在這一過程中,，北京理工大學(xué)科研人員針對深空探測中的小天體目標(biāo)，開展了軌道設(shè)計與優(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年初通過國家航天局,，向國際“近地天體問題工作組”提交了我國在小天體領(lǐng)域開展研究工作的進(jìn)展報告,，為深空探測研究做出了貢獻(xiàn)。
構(gòu)想一探三,，路遙目標(biāo)篤
小天體探測是21世紀(jì)深空探測活動的主要內(nèi)容之一,，北京理工大學(xué)研究者基于新技術(shù)試驗和高科學(xué)回報并舉的原則，考慮國內(nèi)航天技術(shù)發(fā)展的實際情況，提出了我國開展小行星探測的多目標(biāo)多任務(wù)探測方案總體思路——即選擇Ivar小行星為主要環(huán)繞或著陸探測目標(biāo),，在到達(dá)Ivar小行星之前,，中途從兩顆小行星附近飛過，通過攜帶的科學(xué)儀器對其進(jìn)行遙感和遙測,，這是我國第一個“一探三”的小行星探測總體方案構(gòu)想,。
為實現(xiàn) “一探三”小天體探測，研究人員對飛行歷程進(jìn)行了周密規(guī)劃：
2016年9月,，小天體探測器從地球出發(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；之后探測器上攜帶的發(fā)動機點火,，進(jìn)行一次深空機動,，使探測器于2018年7月回到地球附近,，利用地球引力的作用,，改變探測器的飛行軌道，使其于2019年7月飛過Ivashov小行星,；之后再次進(jìn)行發(fā)動機點火,，改變探測器的飛行方向，使其可以在2020年6月與目標(biāo)小行星Ivar交會,，并進(jìn)行減速制動,，進(jìn)行環(huán)繞探測或著陸探測（下圖為設(shè)計的探測器飛行路線圖）。另外對于選擇的Ivar小行星,，在2021年9月還會出現(xiàn)一次較佳的探測器發(fā)射機會,。
“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)計可行的探測軌道呢,？北京理工大學(xué)研究者深入研究了小天體在太陽系內(nèi)多個天體共同作用下的運動規(guī)律，制定了小天體可接近性的評價體系和目標(biāo)選擇的準(zhǔn)則與方法,，提出了新的理論方法與實現(xiàn)算法,，設(shè)計研制了具有多功能的“尋找小天體”軟件系統(tǒng)，成功地完成了我國首個“一探三”小行星探測系統(tǒng)方案的目標(biāo)選擇和軌道優(yōu)化設(shè)計,。相關(guān)成果刊登于Earth,，Moon and Planets、Journal of Guidance Control and Dynamics,、Advance in Space Research和《中國科學(xué)》等雜志,。
路遙萬里道難尋——奔向小天體。在茫茫的宇宙中飛行，如何實現(xiàn)小天體探測器準(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)計的軌道自主地飛向目標(biāo),？美國噴氣推進(jìn)實驗室（JPL）和歐洲空間操作中心（ESOC）等都展開了此問題的研究和試驗。在國家863計劃重大項目和國家自然科學(xué)基金重點項目的支持下,，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)估計等多項關(guān)鍵技術(shù),，研制了深空飛行自主導(dǎo)航系統(tǒng),，正在進(jìn)行小天體探測過程中多種自主導(dǎo)航與控制技術(shù)的試驗與驗證。
體小場弱難近身——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,，如何安全,、準(zhǔn)確地登陸到目標(biāo)表面呢？國家國防科技工業(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”小天體時探測器和目標(biāo)小天體的相對速度和相對距離需要同時趨于零。日本于2003年發(fā)射的“隼鳥”號小行星探測器經(jīng)過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”小行星時沒有滿足“雙零條件”,，導(dǎo)致“隼鳥”號沒能按照計劃于2007年夏季返回地球,。北京理工大學(xué)科研人員針對小天體的體積小、引力場弱等特點,，從不規(guī)則弱引力場中的運動理論入手,，研究“登陸”小天體時“雙零條件”的實現(xiàn)問題，完成了可進(jìn)行“登陸”過程模擬與演示的半物理仿真試驗系統(tǒng),。在下一個五年計劃,，北京理工大學(xué)將提出我國首個登陸小行星采樣的“生物之星”任務(wù)目標(biāo)與軌道方案。
譜寫新篇章,，任重信心足
月球探測的成功實施邁出了中國開展深空探測的第一步,，進(jìn)行更遠(yuǎn)深空目標(biāo)（火星、小行星和彗星等）的探測是中國航天事業(yè)發(fā)展的必然選擇,。北京理工大學(xué)將密切結(jié)合《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》,，以我國未來第一個小天體探測任務(wù)的設(shè)計與實施為目標(biāo)而繼續(xù)努力。
目前,，北京理工大學(xué)正在與國內(nèi)外相關(guān)研究機構(gòu)開展合作,，對多任務(wù)多目標(biāo)小行星探測方案、火星與小行星聯(lián)合探測方案、基于我國月球探測工程后續(xù)任務(wù)的小行星探測方案開展論證工作,。在本文即將完成編撰工作之時,，崔平遠(yuǎn)教授又收到了參加2011年國際宇航科學(xué)院行星防御會議規(guī)劃委員會的邀請。我們相信在不遠(yuǎn)的未來,，作為“登陸小天體”的重要成員,，我國的小天體探測之夢一定會實現(xiàn)。
（審核：$curArticle.auditInfo）