小行星跳躍探測(cè)器著陸跳躍運(yùn)動(dòng)仿真研究.pdf

1、小行星探測(cè)對(duì)探索宇宙的歷史和演化、生命的起源、探尋太空資源、探測(cè)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(duì)小行星進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)研究的理想方式是利用著陸探測(cè)器對(duì)其進(jìn)行表面現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)。針對(duì)小行星特殊的微重力的環(huán)境，跳躍探測(cè)器是解決在小行星微重力場(chǎng)下移動(dòng)行走問(wèn)題從而進(jìn)行小行星表面探測(cè)的理想方案。本文針對(duì)跳躍探測(cè)器在小行星表面跳躍過(guò)程的動(dòng)力學(xué)建模和著陸與跳躍過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的影響因素進(jìn)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(cè)器跳躍過(guò)程的2D動(dòng)力學(xué)模型，推導(dǎo)了其動(dòng)力學(xué)方程。建立了基于連續(xù)接觸力模型的探測(cè)器跳躍過(guò)程的2D和3D動(dòng)力學(xué)模型。
　　通過(guò)相同的仿真算例對(duì)基于瞬間碰撞模型的跳躍探測(cè)器2D動(dòng)力學(xué)模型和基于連續(xù)接觸力模型的跳躍探測(cè)器2D動(dòng)力學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，互相驗(yàn)證了兩種動(dòng)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(jì)算結(jié)果差別很大的主要原因。
　　分析了跳躍探測(cè)器在小行星表面著陸和跳躍過(guò)程運(yùn)動(dòng)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(cè)器初始速度、跳躍探測(cè)器初始角速度。通過(guò)仿真分析各個(gè)因素的影響，得出如下結(jié)論：
　　恢復(fù)系數(shù)對(duì)仿真結(jié)果的影響較大，在動(dòng)力學(xué)建模研究之中，應(yīng)當(dāng)盡量選取最接近真實(shí)情況的恢復(fù)系數(shù)。
　　剛度系數(shù)對(duì)模型的第一次跳躍的仿真結(jié)果的影響很小，但從長(zhǎng)期來(lái)看，剛度系數(shù)對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的跳躍過(guò)程會(huì)有一定影響。在動(dòng)力學(xué)建模研究中，若不是對(duì)精度要求十分高或仿真時(shí)間相對(duì)較短，可適當(dāng)放寬對(duì)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(cè)器著陸和跳躍過(guò)程的一個(gè)非常重要的因素，需要對(duì)小行星的引力場(chǎng)有盡可能精確的了解，動(dòng)力學(xué)建模中需要選擇較為精確的引力場(chǎng)建模方法。
　　摩擦系數(shù)也是影響探測(cè)器著陸跳躍過(guò)程的一個(gè)重要的因素，在動(dòng)力學(xué)建模中需要盡量選取接近真實(shí)情況的摩擦系數(shù)。同時(shí)，表面較為粗糙的小行星更不利于探測(cè)器的著陸。
　　跳躍探測(cè)器的質(zhì)心初始速度對(duì)其在小行星表面的著陸和跳躍過(guò)程的運(yùn)動(dòng)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(duì)跳躍探測(cè)器在XOY平面的跳躍方向和跳躍終點(diǎn)相對(duì)著陸點(diǎn)的方位有決定性的影響。從跳躍探測(cè)器在小行星著陸的要求來(lái)看，明顯地需要盡量減小跳躍探測(cè)器在小行星著陸的初始速度，從而使得跳躍探測(cè)器著陸到停在小行星表面的時(shí)間盡量短，并且最終停下來(lái)的地點(diǎn)不會(huì)離預(yù)定的著陸點(diǎn)太遠(yuǎn)。
　　跳躍探測(cè)器的初始角速度同樣是對(duì)跳躍探測(cè)器在小行星著陸和跳躍過(guò)程中影響較為重要的