探测器约会小行星的阅读答案

2024-04-15

探测器约会小行星的阅读答案（通用7篇）

篇1：探测器约会小行星的阅读答案

①在红色的火星和巨大的木星轨道之间，有一个由几十万颗小行星组成的小行星带。这些小行星，其实就是一群大小不等的碎石块，最大的直径可达上千千米，小的只有几米、几十米。同八大行星一样，这些小行星也在日夜不停地围绕太阳公转。这些神秘的小行星究竟是怎样形成的?它们到底蕴含着哪些宇宙信息?这些问题一直备受科学家的关注。而造访小行星，也成为科学家们太空探测的重要目的之一。

②2月12日，美国“近地小行星约会”无人探测器在围绕小行星家族中的“爱神”小行星探测了一年之后，成功降落在这颗星上，实现了人类历史上的首次探测器与小行星相会。

③以古希腊爱神命名的“爱神”小行星，是小行星大家族中极为普通的一颗。它实际上是一块大石头，状如土豆，长34千米，宽13千米，厚14千米，距离地球约3.16亿千米。“爱神”小行星也绕太阳运转，但它的引力只有地球引力的千分之一。在这么一颗体积小、引力极小的星体上实现着陆，其精确度要求之高是可想而知的，以至于负责这次探测的专家们并未制定过在小行星上降落的计划。

④“近地小行星约会”无人探测器是美国于2月发射的，经过4年的太空飞行后，于2月14日成功地进入“爱神”小行星的轨道，并开始对它进行探测。在不到一年的时间里，探测器已经发回约16万张小行星多岩石表面的照片。

⑤在距离“爱神”星24千米的轨道上运行、探测了近一年的探测器，逐渐耗尽了它自身的燃料。这时它终于作出惊人之举：向它“关注”了一年之久的“爱神”星发起最后冲刺。经过两次火箭点火之后，探测器离开“爱神”星的轨道，向它的表面缓缓坠去，最终降落在“爱神”荒芜而崎岖不平的星面上，整个过程持续了四个半小时。科学家更为欣喜的是，这是一次“科学的额外收获”;此外，着陆的地点也是科学家最感兴趣的一片区域：缺少环形山，但有大量的岩石和沟痕。

⑥“近地小行星约会”是美国宇航局研制的首批具有机器人功能的探测器之一，科学家对它发回的“爱神”星照片的分析后指出，“爱神”星上含有太阳系里最原始的物质，并测量了小行星的密度、化学成分和磁场。这次成功着陆没有使探测器上的装置受损，因而使得探测器能继续在三个月内向地球发回信号，以进一步了解小行星的奥秘。随着对小行星奥秘的揭示，人类对太阳系的起源和演化，乃至对宇宙的演化进程，都将有更加清晰的认识。(选自《阅读与考点》，有改动)

1.说出下面加粗词语的表达效果。

篇2：探测器约会小行星的阅读答案

②小行星探测器“尼尔·苏梅克”号访问的是433号小行星，这颗小行星更为人所知的名字是“爱神”。“爱神”是人类发现的第一颗近地小行星，它原是火星和木星之间的小行星带成员，后来在木星和其他行星引力的扰动下，才进入了现在这个较靠近地球的轨道，成了一颗近地小行星。“爱神”是一块大石头，长约32千米，形状像长形的马铃薯，又像一粒未去壳的花生，人们还称它为“胖香蕉”。

③“尼尔·苏梅克”号的目的是近距离靠近一颗小行星，对这种小行星的形状、重力、质量、密度、磁场强度和化学组成进行全面的研究，从而丰富人们对小行星的认识，并回答有关地球和太阳系起源的一些问题。，“尼尔·苏梅克”号与“爱神”的约会终于成功了，它被“爱神”所俘获，成了一个环绕“爱神”运行的人造天体，那一天恰恰是西方的情人节。

④“尼尔·苏梅克”号围绕“爱神”飞行了一年时间，从不同的高度、角度为“爱神”拍摄了16万张照片。在燃料即将告罄的时候，科学家们将没有着陆装置的“尼尔·苏梅克”号降落到“爱神”上，使其成为不仅是人类第一颗围绕小行星旋转的探测器，也是第一颗降落在一颗小行星上的探测器。

⑤“尼尔·苏梅克”号证实“爱神”的表面主要成分为硅酸盐和金属铁。它的上面有许多碎石，也布满了陨石坑。科学家们对此进行了命名，如一个5.5千米宽的陨石坑被命名为“普赛克”，在希腊神话中，普赛克是伊洛斯至死不渝的恋人。他们还将“爱神”上的两个陨石坑分别命名为“林黛玉”和“贾宝玉”。

⑥“爱神”的重量高达7万亿吨，假若砸中了地球将是非常可怕的。我们知道，近地小行星是太阳系中的“不守纪律者”，由于轨道的奇异特性，它们常常窜到地球附近，令天文学家们大感紧张。

⑦现在，人们已经发现了越来越多的这种近地小行星，其中大约有1500颗被认为是对地球有潜在威胁的小行星，它们都有可能撞上地球，因此受到科学家们的严密监视。由于小行星撞击地球的事件在地球的历史上曾经存在，未来同样的.事情肯定也会发生。人们必须尽可能赶在这种事情发生以前找到应对的方法。这是一场和时间进行的比赛，也许人类还有充足的时间，也许时间已经不多了。

(选自20xx年3月《百科知识》，有删改)

【材料二】

有望飞出太阳系的卫星探测器

名称

意义

工作情况

“先驱者”10号

人类发射的第一个深空探测器

1978年6月12日,飞出了海王星的轨道,发回大量太阳风和宇宙辐射的测量数据。

“先驱者”11号

第一个造访土星的探测器

1979年9月1日，第一次拍摄到了土星照片;1990年2月，越过冥王星轨道，正在向天鹰座前进。

“旅行者”1号

迄今飞离地球最远的探测器

9月13日，美国宇航局正式宣布“旅行者”1号已经进入星际空间。

“新地平线”号

迄今发射的初始速度最快的探测器

将于7月14日从距冥王星约1万千米处飞过，拍摄的冥王星照片质量会超过“哈勃”太空望远镜。

【材料三】

①航天科技取得的成果有许多已经应用于人们的日常生活，如天气预报要靠气象卫星，行车找路、精确定位需要导航卫星，电视节目也大都依靠通信卫星。

②据介绍，至今我国先后20多次利用返回式卫星和神舟飞船，搭载了上千种作物种子、试管苗、生物菌种等，获得了大量产生变异的新性状品种。其实，隐藏在人们身边的航天科技还有很多，如北京奥运会、残奥会期间，航天人完成的海陆空立体化安保科技系统，为7个赛区的94个场馆保驾护航……

③航天科技在为人类造福的同时也给人类带来了隐忧。目前，各国发射的航天器已经形成了3000多吨围绕地球飞行的太空垃圾，而且这一数量还在不断增加。这些太空垃圾不仅破坏星际空间环境，也对地球构成了不小的威胁，清理太空垃圾已迫在眉睫。

星辉中学为了普及科学知识，培养学生的实践能力，提高学生的科学素养，特举办“20校园科技节”活动。初三(1)班吴硕同学收集到了以上资料，准备制作一部微电影参加活动。可是有几个问题一直困扰着他，作为吴硕的好朋友，希望你能为他分忧。

17.根据材料一的内容，你觉得吴硕在影片中可以从哪些方面向同学们介绍“爱神”这颗近地小行星。(4分)

答：

18.吴硕对材料一第⑦段中画线句“这是一场和时间进行的比赛，也许人类还有充足的时间，也许时间已经不多了”不太理解，请你简单给他解释一下。(2分)

答：

19.吴硕想通过此片让同学们明白人类发射航天器的重要意义。请你根据以上三则材料内容，帮助吴硕编写一段简短的解说词。(4分)

答：

20.微电影的片名吴硕还没有想好，请你根据以上三则材料内容帮他拟一个影片名。(2分)

影片名：《》

17.要点示例：

(1)名称 (2)成因 (3)外形 (4)主要成分 (5)重量 (6)“不守纪律”的特性

(共4分。每个要点1分。答出其中任意4点即可)

18.示例：

小行星不断威胁着地球，撞击地球的事件迟早会发生，只是时间长短的问题，所以我们要抓紧时间尽可能赶在小行星撞击地球之前找到应对方法。

(共2分)

19.示例：

人类发射航天器是为了丰富对行星的认识，探索宇宙无穷的奥秘，解除天体撞击地球的威胁，为人类造福。

(共4分)

20. 示例：

星际之旅太空漫游飞天航天之旅的喜与忧

篇3：探测器约会小行星的阅读答案

为便于分析和验证设计结果, 本文以第五届全国空间轨道设计竞赛的求解为基本实例, 对所提出的载人小行星探测轨迹优化设计方法进行了阐述全国空间轨道设计竞赛由中国力学学会和清华大学航天航空学院发起并主办首届竞赛[1]. 按照惯例, 本届冠军队主办下届竞赛. 第五届 (2013 年) 全国空间轨道设计竞赛由中国力学学会、国防科技大学航天科学与工程学院以及航天飞行动力学技术重点实验室联合主办.

本文阐述了第五届全国空间轨道设计竞赛冠军团队 —— 宇航动力学国家重点实验室团队对本次竞赛题目的求解方法. 内容包括基于星历匹配法的发射窗口与探测序列初值求取、特定序列的脉冲转移全局优化以及脉冲转移轨道的小推力转化[2]3 个解题基本步骤和方法.

1 竞赛题目任务概述与基本设计方法

1.1 探测任务概述

任务背景为载人小行星探测任务. 探测器将于规定时间2035 年1 月1 日∼ 2065 年12 月31 日中的任意时刻从地球出发, 出发时刻认为探测器的日心位置和速度在误差允许范围内与地球相同. 从主办方提供的小行星中随意选择2 颗不同的目标依次交会. 交会时探测器的日心位置速度在允许的误差范围内与交会目标相同, 驻留时间不得小于规定的最小驻留时间 (10 d) . 从每颗小行星离开时刻探测器均释放前期生活废弃物 (注:包括驻留期间的废弃物, 设消耗品全部转化为废弃物, 按20 kg/d计算) .从第二颗小行星出发时, 释放质量为6.7 t的小行星探测器. 探测2 颗小行星后返回地球, 要求探测器的位置在允许误差范围内与地球相同, 相对地球速度小于5 km/s. 返回地球时剩余质量不少于36 t. 探测器的所有飞行任务必须在5 年内完成.

探测器飞行轨道只受太阳引力影响, 不考虑小天体与大行星引力 (地球引力辅助除外) . 仅考虑地球引力辅助效应, 飞越地球时要求探测器的位置在允许的误差范围内与地球相同, 速度不同, 即飞越的瞬时获得大行星引力辅助所产生的速度增量.

性能指标是最小化探测器质量, 即

关于竞赛题目的其他具体约束条件与说明可参阅《第五届全国空间轨道设计竞赛题目描述》.

1.2 基本设计方法

对于上述载人小行星探测小推力轨道设计与优化, 本文总结的设计方法基础是圆锥曲线拼接法, 基本流程注重解析分析, 以实现在单机上快速解算, 不单纯依靠高性能服务器的大数据量仿真. 如图1所示, 基本流程是: (1) 发射窗口初值与探测序列的确定:结合最小化起始质量的指标, 利用星历匹配法确定发射窗口初值与探测星体的序列; (2) 特定序列的脉冲转移全局优化:利用遗传算法对特定探测序列的探测时间节点等参数进行优化求值; (3) 各段轨道的最优小推力实现:利用基于庞德里亚金极大值原理的同伦法进行小推力转化以求得小推力转移轨道的最优控制律并生成轨道; (4) 轨道数据的验算:代入控制律与状态初值, 利用积分方法对轨道进行递推, 检验其是否满足最优性必要条件.

2 发射窗口初值与探测序列确定方法

宇航动力学国家重点实验室团队没有对序列进行大规模的盲目搜索, 而是利用星历匹配法计算并找到最优发射窗口初值及其候选最优探测序列. 下面对星历匹配法基本理论进行详细介绍.

2.1 Lambert转移特性研究

2.1.1 Lambert问题

Lambert问题是航天动力学中经典的两点边值问题[3], 在空间交会、星际航行等领域中有广泛的应用. Lambert问题可以表述为给定空间中的两个位置P1和P2 (对应的矢量分别为r1和r2) 以及飞行时间 (tf) 和飞行方向 (顺时针或逆时针) , 求出飞行器由位置P1经过时间tf飞行到位置P2的开普勒轨道. 目前, 解决Lambert问题已经有相当成熟的理论和方法.

解决Lambert问题有很多方法, 比较常用的有Lambert--Euler方法、Gauss方法、以及Battin方法以上都是以Lambert定理为基础的解法, Lamber定理可以表述为:在Kepler轨道上运行一段弧线所需要的时间只取决于3 个量 —— 轨道半长轴a, 弧起点和终点到引力中心的距离之和 (r1+ r2) , 以及连接弧起点和终点的弦长c. 即

至于Lambert问题的详细求解步骤和公式可参阅文献[3].

2.1.2 Lambert转移特性仿真

当把地球看做一个质点时, 假设地球上的一个物体, 比如某一石块, 附着在地球上没有移动, 即石块与地球的位置偏置为0, 那么不管时间∆T =tf- t0为多长, 石块都不需要消耗任何速度增量∆v, 即可从t0时刻的地球位置rp0跟随地球一起飞到tf时刻的地球位置rpf. 由此, 不难理解, 航天器由t0时刻星体位置rp0附近的rs0通过Lamert转移飞往tf时刻星体位置rpf附近rsf时, 其转移所耗速度增量∆v与出发和到达时刻航天器与星体的位置偏置与速度偏置有直接关系, 如式 (3) ∼ (4) 所示

其中rp0, rpf分别为星体p在t0与tf时刻的位置矢量, vp0, vpf分别为星体p在t0与tf时刻的速度矢量;rs0, rsf分别为航天器在t0与tf时刻的位置矢量, vs0, vsf分别为航天器出发与到达时刻的实际速度, 而vl0, vlf则为lambert转移求解出的航天器出发与到达速度矢量;∆v为航天器完成转移所耗的总速度增量.

为了研究Lambert转移所需速度增量随出发时刻和到达时刻位置与速度偏置的变化特性, 本文利用固定其他变量, 只考查其中某一变量的方法进行了仿真分析. 即在仿真时, 只有其中的某一个偏置量不为零.

(1) Lambert转移所需速度增量∆v随到达时刻tf位置与速度偏置的变化特性

仿真场景的出发时刻不妨设为t=72480 (MJD) 航天器从地球出发, 飞行时间∆T分别为40120, 200, 280 d后, 到达目标位置. 目标位置相对∆T时间后的地球位置X, Y, Z坐标偏置范围为[-108, 108]km, 速度Vx, Vy, Vz坐标偏置范围为[-10, 10]km/s, 仿真结果如图2 所示.

(2) Lambert转移所需速度增量∆v随出发时刻t0位置与速度偏置的变化特性

同样地, 仿真场景的出发时刻不妨设为t =72480 (MJD) , 航天器从地球出发, 飞行时间∆T分别为40 d, 120 d, 200 d, 280 d后, 到达目标位置. 航天器出发位置相对出发时刻的地球位置X, Y, Z坐标偏置范围为[-108, 108] km, 速度Vx, Vy, Vz坐标偏置范围为[-10, 10] km/s, 仿真结果如图3 所示.

2.1.3 仿真结果分析

从图2 与图3 中可看出, 不论出发还是到达, 当位置和速度偏置 δx = 0 时, 即位置和速度与该时刻的行星p相同时, 其完成Lambert转移所需速度增量∆v为零, 说明航天器不需要耗费能量即可滑行到目标位置.

而当位置和速度存在偏置 δx = 0 时, Lamber转移所需速度增量∆v随偏置量绝对值|δx| 的增加而增加, 且是偏置量绝对值的单调增函数.

2.2 星历匹配法

2.2.1 基本概念

从2.1 节的分析中可知, 当出发时刻t0或到达时刻tf目标星pt与匹配星p (此处指地球) 的位置越接近 (相当于偏置 δx越小) , 则航天器由匹配星p通过Lambert转移tf飞往目标星pt所耗能量越少, 由此通过考查目标星pt各个时刻与匹配星p的星历 (位置与速度) 接近程度 (或匹配程度) , 即可衡量匹配星与目标星之间航天器转移所耗能量∆v的相对大小.

数学模型表述为

其中f (·) 是单调增函数;rp, vp分别为匹配星p的位置与速度矢量;rpt, vpt分别为目标星pt的位置与速度矢量;τ 指时间节点t0与tf.

星历匹配法的目标是找出满足最小∆v的发射窗口和目标小行星, 这等价于求出满足以下条件的解

其中, k为小行星序号;∆t为针对某一时间点t进行距离计算与比较的时间段;∆Tstay m为最小交会驻留时间;Tp为匹配星 (此处指地球) 的轨道周期.

由此给出星历匹配法 (ephemeris matching method) 的基本计算流程:首先通过轨道星历递推找到任务允许时间段内对应任意时间节点距离匹配星最近的目标星;然后通过对比所有时间节点处的最小距离, 找出整个任务允许时间段内距离匹配星最近的目标星及其对应的时间节点;最后, 根据Lam bert特性可知距离匹配星最近的即为转移耗能最少的目标星, 由此即找到了最优的发射窗口初值与候选最优探测序列.

2.2.2 仿真分析

为了考查许可任务期间内距离地球最近的小行星, 需要编程实现仿真计算, 使用轨道递推的方法对每个行星的星历进行递推, 并与此刻地球位置进行对比. 考虑到要对小行星进行交会探测, 因此必须考虑小行星与地球偶然相遇的情况, 即如果某一小行星与地球只是短期 (< 36.5 d = Tp/10) 位置特别靠近, 则此颗小行星必定与地球速度相差较多, 因此不能成为Lambert转移较省能量的小行星候选对象. 所以在仿真时, 限定小行星必须在某一历元的前后46.5 d = ∆Tstay m+ Tp/10 时间以内都距地球较近, 本文利用这46.5 d时间内距离的最大值作为比较对象, 从而找出此历元处, 各小行星46.5 d内距地球的最大值为最小的小行星序号. 这样即排除了小行星与地球偶然相遇的情况, 由此得到此小行星即为真正的位置与速度都与地球靠近的小行星, 即Lambert转移所耗能量为最少的小行星. 图4 给出了特定时刻距匹配星 (此处指地球) 前后46.5 d中最近的目标行星序号及其距离.

在仿真计算中, 为方便起见, 行星序号是包含九大行星在内的 (1∼9 号) , 且9 号以后的小行星按倾角从小到大排序.

从图4 可以清晰地看到, 在整个许可任务期间内, 距离地球最近的是行星10 (即编号为2000 SG344的行星) 在历元72480 (MJD) 附近处. 考虑到对于同样的速度增量, 航天器起始质量越大则完成此次机动所耗的推进剂越多. 因此, 在进行探测时, 应把最省速度增量的探测目标作为第一探测目标, 等到完成第一次探测, 航天器质量减少后, 再考虑耗速度增量较小的小行星做为第二探测目标. 由此可知历元72480 (MJD) 附近即为最优的发射窗口初值, 且行星10 即为探测任务的第一颗小行星.

需要声明的是, 在历元72480 (MJD) 附近处距离地球最近的行星始终是10 号小行星, 因此图4 中此历元处有很多点对应于同一个10 号小行星. 所以为找到第二个小行星, 需要顺序地往后找, 直到出现不同的小行星. 可喜地是, 一个小行星不可能一直与地球相距最近, 因此在历元72480 (MJD) 后侧不远处即找到了第二个距离地球最近的另一个小行星. 通过寻找发现, 在行星10 后的行星140、行星63、行星121 三颗星分别是对应特定历元距离地球最近的小行星, 也是最有可能成为第二颗探测目标的行星. 由此可得候选最优探测序列为3-10-140-3, 3-10-63-3 以及3-10-121-3. 其中行星140, 63, 121 的编号分别为2012 BB14, 2009 YF, 2012 UW68. 至于上述3 个序列哪一个是最优的, 则需要利于特定序列的脉冲转移全局优化[4,5]进行优化后的对比选择来决定.

3 特定序列的脉冲转移全局优化

通过第2 节, 已经把候选的最优探测序列和最优发射窗口初值求出. 这可以大大减小全局优化算法的计算量[6,7,8], 并可以避免算法陷入非全局最优的局部最优.

为简单地说明算法流程, 下面只以序列:3-1063-3 (地球--2000SG344-2009YF- 地球) 为例进行特定序列的脉冲转移全局优化求解说明.

如图5 所示, 探测器在t1时刻以质量m1从地球出发, 于t2时刻交会小行星2000SG344, 停留一段时间后, 于t3时刻离开此星, 于t4时刻交会小行星2009YF, 停留一段时间后, 于t5时刻离开此星, 最后于t6时刻返回地球.

通过对竞赛题目的分析, 可知全局优化的目标函数为

其中m0为探测器出发质量, ti为探测器到达和离开各星体的时间点, Ispi为每段飞行时所用的比冲大小. 利用遗传算法、蚁群算法等全局优化算法, 可以求出最优函数值和最优变量值, 由此优化出来的结果如表1 所示.

由表1可知, 序列3-10-63-3对应的探测器起始质量是最小的, 因此为最优序列.尽管此处脉冲优化出的质量与后面小推力转化后的探测器起始质量会有所差异, 但这不会影响对最优序列的判断和选择.本文也对添加地球甩摆的序列进行了搜索和计算, 但结果较差, 因为题目中具有每天消耗20kg消耗品的因素, 整个探测任务时间不易拉得过长.

4 脉冲转移轨道的小推力转化

本团队对直接法中的伪谱法[8,9]和间接法中的同伦法[10,11]都进行了小推力转化研究. 结果发现伪谱法对60 d以上转移轨道的较复杂问题优化效果不好. 因此此处只给出同伦法对序列 “地球-2000SG344-2009YF- 地球” 的优化结果.

由极大值原理不难得到小推力最优交会的两点边值问题[12], 但是此两点边值问题比较难以求解, 特别是对于燃料最优交会问题, 发动机推力曲线是Bang--Bang控制类型.针对此类型两点边值问题, 国内外学者发展了一系列求解方法, 其中同伦方法是较多得到关注与应用的方法.同伦方法 (也称延拓方法) , 相当于建立一个和原问题类似的结构, 此结构易于求解, 通过新结构的求解来获得原结构的解.

同伦方法的详细内容可以参考文献[11-12]. 限于篇幅, 本文只给出对第五届全国空间轨道设计竞赛的优化结果. 图6 (a) ∼ 图6 (c) 为3 段轨道小推力转化后的推力大小曲线, 图6 (d) 为小推力转化完的三维航天器飞行轨道.

小推力转化出来的探测器初始质量为53 656.00 kg, 返回质量为36 000.13 kg, 推力模式为定比冲10 000 s, Bang--Bang控制, 交会行星2000SG344 和2009YF, 驻留时间都为10 d, 发射时刻为历元72484.4289 (MJD) , 返回时刻为历元72778.0024 (MJD) .

5 结语

本文以第五届全国空间轨道设计竞赛的求解为基本实例, 对所提出的载人小行星探测轨迹优化设计方法进行了阐述. 内容包括基于星历匹配法的发射窗口与探测序列初值求取、特定序列的脉冲转移全局优化以及脉冲转移轨道的小推力转化3 个基本解题步骤和方法. 首先利用星历匹配法求出最优发射窗口与探测序列初值, 然后利用遗传算法对特定序列的时间节点等参数进行优化并确定最优发射窗口和探测序列, 最后利用基于庞德里亚金极大值原理的同伦法进行小推力转化以求得最终探测轨道及其推力控制规律. 星历匹配法以半解析的方法替代大规模的数值搜索, 结果显示该方法可以快速准确地求解出最优发射窗口初值与候选最优探测序列, 其求解效率远高于分支定界法等大数据量遍历搜索方法, 这大大提高了第五届全国空间轨道优化竞赛以及其他多目标交会探测问题的求解效率.

摘要：对基于星历匹配法的载人小行星探测轨迹优化问题解法进行了研究.提出星历匹配法的概念, 利用其求出最优发射窗口初值与候选最优探测序列, 然后利用遗传算法对特定探测序列的时间节点等参数进行优化, 最后利用基于庞德里亚金极大值原理的同伦法进行小推力转化以求得最终探测轨道及其推力控制律.结果显示星历匹配法可以快速准确地求出最优发射窗口初值与候选探测序列, 这大大提高了载人小行星探测等多目标交会探测问题的求解效率.

关键词：轨道设计竞赛,轨道优化,星历匹配法,探测序列

参考文献

[1] 高扬, 祝开建, 李恒年等.第二届全国深空轨道设计竞赛总结.力学与实践, 2011, 33 (2) :116-123

[2] 李俊峰, 宝音贺西.深空探测中的动力学与控制.力学与实践, 2007, 29 (4) :1-8

[3] 唐国金, 罗亚中, 雍恩米.航天器轨迹优化理论、方法及应用.北京:科学出版社, 2012

[4] 黄国强, 陆宇平, 南英等.多目标连续小推力深空探测器轨道全局优化.系统工程与电子技术, 2012, 34 (8) :1653-1659

[5] 尚海滨, 崔平远, 乔栋.基于微分进化的星际小推力轨道全局优化方法.北京理工大学学报, 2010, 30 (11) :1276-1280

[6] 李俊峰, 祝开建.2005～2009年国际深空轨迹优化竞赛综述.力学与实践, 2010, 32 (4) :130-137

[7] 罗宗富, 连一君, 蒋小勇等.2010年国际深空探测轨道优化竞赛的国防科技大学解法.力学与实践, 2011, 33 (3) :106-110

[8] Rao Anil V, Benson David A, Darby Christopher, et al.Algorithm 902:Gpops, a Matlab software for solving multiple-phase optimal control problems using the Gauss pseudospectral method.ACM Transactions on Mathematical Software, 2010, 37 (2) :1-39

[9] Christopher L Darby, William W Hager, Anil V Rao.An hp-adaptive pseudospectral method for solving optimal control problem.Optimal Control Applications and Methods, 2011, 32 (4) :476-502

[10] 蒋方华, 陈杨, 刘跃聪等.2010年国际深空轨道优化竞赛的清华大学解法.力学与实践, 2011, 33 (3) :103-105

[11] Jiang Fanghua, Baoyin Hexi, Li Junfeng.Practical techniques for low-thrust trajectory optimization with homotopic approach.Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2012, 35 (1) :245-258

篇4：日本的隼鸟号小行星探测器

飞向丝川小行星

隼鸟号是日本研制并于2003年5月9日用MV运载火箭成功发射的小行星取样航天器。其探测目标是丝川小行星。它在升空后，即在地面指挥控制中心的遥控下，沿着外切地球公转轨道、内切丝川小行星公转轨道的预定路线疾驰而去，并于2005年9月初与目标天体交会，最终于9月12日飞抵离丝川小行星20千米的预设位置，成为后者的人造卫星。当天它就成功地向地面发回一批近距离拍摄的丝川小行星图像，说明其技术状态稳定。工作性能正常。

重量为495千克、太阳能电池板展后长约5米的隼鸟号探测器是采用离子火箭发动机飞向丝川小行星的。这种动力装置的工作原理是，其工质氙从贮箱经过电离室被分解为正、负离子后，带正电的离子流在引出电极的静电场力作用下加速形成射束。离子射束与中和器发射的电子耦合形成中性的高速束流，喷射而出产生反作用推力。在隼鸟号环绕丝川小行星运转期间，仍以离子火箭发动机提供动力。直到2005年11月9日，隼鸟号探测器已遭遇过几次困境：太阳耀斑损坏了其电力储存电容器，3个姿态控制仪已损坏了2个，只有1个还在正常运转。

丝川小行星原定编号为1998SF36，意即它是1998年9月下半月发现的第906颗小行星。其轨道与地球平均距离约3亿千米。它的外形如马铃薯，长约540米，宽约300米，体积较小。日本为了纪念本国的火箭之父丝川英夫博士，经向国际天文联合会小行星专业委员会申请并得到批准，才将其命名为丝川小行星。

自2005年11月10日开始，隼鸟号探测器的动力装置已转为使用化学火箭助推器，因为离子火箭发动机虽然可以精确控制方向，但费时较长。探测器上带有足够的助推器燃料，以保证隼鸟号能够圆满完成这次飞行任务。

投放观测器失败

在距离丝川小行星20千米高的轨道上运行期间，隼鸟号探测器就进行了环绕飞行的探测工作。它用自身携带的X射线和红外线仪器观测目标星体表面情况，收集其成分和地形数据。2005年10月份，隼鸟号陆续降低运行高度，进一步接近小行星，从10千米之内对其进行观测。在这两个不同的运行高度上实施探测过程中，它已把获得的数据资料用无线电信号发回地面，供科学家们进行研究。

2005年11月初，隼鸟号继续降高，逐步靠近丝川小行星。按照预定计划，它于11月12日应在距离目标星60米～70米的高度上投放名叫智慧女神的观测器。形状如同罐子、只有10厘米长的智慧女神，实际上是个小型探测机器人。赋予它的任务是，前往丝川小行星采集数据，为隼鸟号无人探测器20日和26日两次登陆这个小行星作准备。

遗憾的是，12日下午3时8分，地面指挥人员向隼鸟号下达了投放观测器的指令，并经16分钟传递到探测器上实施投放以后，观测器未能在丝川小行星上着陆。事后查出的原因表明，乃系投放高度大大超出预定距离所致。发出指令的当时，隼鸟号离小行星丝川仅55米，而后转向上升，结果在距离丝川200米的高度上投下了观测器，滞后于最佳时机，造成日本首次向地外天体投放观测装置失败。

智慧女神失踪的当晚，仍能通过无线电波与隼鸟号探测器联系，曾一度和地面监控室保持通信，后因机器人天线出现问题而中断了信号来往。它在与地面通信期间，已发回隼鸟号部分太阳能电池板照片，还有其内部温度和姿态的信息。

是否采样尚难定论

虽然投放的观测器迷失目标，但是隼鸟号自身功能却很正常。同时，令研制者们欣慰的是，这次智慧女神的着陆预演对隼鸟号最终着陆所需的程序和设备进行了检验，使地面控制小组能够以更好的准备保证对小行星采样的成功。这使日本宇航研发机构决定继续执行原来计划，在2005年11月20日和26日让隼鸟号两次短时间的着陆丝川小行星，采集其表面的岩石样本。

20日凌晨，隼鸟号按照地面遥控指令于当日上午6时前，在离丝川10米的距离通过小行星引力自然下落，6时10分左右，在预定着陆目标的30米内着陆，随即在星面跳动两次，约停留30分钟，然后按地面人员的指令离开小行星地面。

按原定计划，隼鸟号一旦触到丝川，内部的汽枪就立即发射直径约1厘米、重为5～10克的掷标金属球钽弹，在小行星的硬壳上打出一个小孔，并用喇叭形的专门取样装置把溅起的一缕灰尘收进探测器的底舱。隼鸟号将在小行星上停留1～2秒，一旦完成采样任务，它就飞行到8.4千米高的轨道将信息传回地球，本身继续进行环绕飞行。

然而，由于感知着陆的装置没有发挥作用，尽管隼鸟号在丝川表面停留时间大大超过规定时限，但它却未能发射金属球，导致第一次采样活动以失败告终。同时，它离开丝川后一下上升到约100千米的轨道位置，比要求的距离高度超出许多，姿态控制也出现问题。

实际上，隼鸟号尝试着陆丝川小行星时，其位置和速度数据出现了问题，控制人员立即向它发出了上升指令，但没有反应。日本宇宙探索局一度宣布隼鸟号处于失踪状态。当日上午9时30分左右，中断了约3个小时的联系才得以恢复。联系中断后，隼鸟号转为自动控制，储存自身数据，并在恢复联系后将其发回地面控制中心供研究人员分析。上述着陆成功但未能采集样本情况，就是通过仔细分析传回地面的数据资料而得出的结论。

在隼鸟号与地面控制中心恢复联系后，经地面人员努力，于21日姿态控制恢复正常，并再次接近丝川小行星。当日下午已抵达距离丝川50千米处，22日又拉近了两者的位置，为再次登陆和取样做好了准备。

26日，隼鸟号重新登陆当时距离地球2 9亿千米的丝川小行星。这次停留时间较短，只有几秒钟，基本符合计划要求，问题是尚难确定它是否采集到星面样本。在它飞离丝川小行星后，已将数据资料发回地面，并按地面发出的返航指令，先围绕小行星飞行，再踏上返回地球的归程。照原来设定，隼鸟号探测器的返回舱应于2007年6月再入地球大气层，在降落伞的作用下逐渐减速，最终着陆于澳大利亚的南部沙漠中。只有收到返回舱后，它是否采集到小行星样本才会有定论。

艰难的回归旅程

出人意料的是，隼鸟号2005年12月由于燃料泄露等原因，无法保持正确的空间姿态，并与地面控制中心失去了联系，使日本宇航研发机构不得不推迟其回归时间。虽然到2006年3月初，探测器与地面的通信状况逐步改善，但它的太阳能电池发电量已急剧下降，搭载

的锂离子电池组也放尽了电能，其中的部分电池已不能再用。这致使隼鸟号于2007年4月才脱离丝川的绕飞轨道，开始回归地球的旅程。同年10月，它关闭了用于长途航行的离子火箭发动机，改为依靠惯性飞行。2008年三季度开始，地面控制人员一直在等待让隼鸟号重启离子火箭发动机的时机。当隼鸟号隔着太阳与地球遥相呼应，两者相距约3亿千米时，控制人员向它发出了重启离子火箭发动机的指令。2009年2月4日，日本宇航研发机构说，隼鸟号时隔1年零4个月后成功完成了离子火箭发动机重新点火，从而迈出了返航地球的重要一步。

尽管如此，隼鸟号已经浑身是病。除3台姿态控制仪已有两台发生故障、剩下的1台也岌岌可危外，化学火箭发动机因燃料泄漏亦不能使用；4台离子火箭发动机，只有1台能正常工作。它自发射升空到2009年2月初，已在太空飞行4.5亿千米。地面控制人员力争使其能在2010年6月回到地球。即使这样，它回到地球的时间也比最初计划推迟了3年。

如果一切顺利，采样获得成功，这将是首次探测器携带小行星样本返回地球，隼鸟号将成为自美国航天员1972年最后一次登月收集样品以来，第一个在地外天体上登陆并带回样本的航天器。

虽然美国1996年2月17日发射的苏梅克号航天器，曾于2000年2月14日开始对爱神小行星进行一年的绕飞探测后，于2001年2月12日成功着陆目标星面，并工作到2月28日，获得了宝贵的探测成果，但是它终究没有返回地球。隼鸟号这种以取样为主要目的的往返飞行，与有去无回的航天器不同，其技术难度更大一些。

鉴于小行星含有4.6亿年前太阳系诞生时的物质，从而直接研究隼鸟号采集的小行星样本，将有可能获得揭开太阳系和行星形成之谜的信息和线索，从而帮助人类深化对宇宙奥秘的认识。如果将这种采样技术推广开去，还能促进人类掌握空间可以利用的矿藏资源。因为有少数小行星金属含量较高，随着航天技术的进步，将来能够用其为人类服务。

最后阶段的新使命

目前世界上很多国家都在从事对近地小行星的观测活动，目的是对有可能撞击地球的此类小天体，提前摸清并跟踪其运行轨道，以便及时采取防范措施，拒来袭天敌于安全范围之外，确保人类摇篮无虞。观测和监视对地球具有威胁性的小行星动态，乃是首当其冲的第一步。其具体做法主要是采用天文望远镜、雷达和测控中心等组成的探测与预警系统来实施。

日本已由宇航研发机构牵头，研发出了一种小行星轨道探测系统，用来推算可能冲撞地球的小行星的轨道、冲撞时间、概率等数据。该系统曾以去年10月坠落于非洲苏丹的1颗直径3米的小行星为对象进行试验，测试结果发现，小行星进入大气层时间误差0.5秒，坠落地点误差为13千米。为了进一步检测该系统的观测精度，日本科学家又将目光投向了将百分之百撞向地球的隼鸟号探测器。

篇5：用小行星撞击小行星阅读题答案

16. 机器人在小行星的表面上将物质推向宇宙，所产生的反作用力把这颗小行星推向威胁地球安全的小行星。(2分。意思符合。有欠缺酌扣)

17. 发现一颗合适的小行星;利用机器人推动物质时产生的反作用力把它控制在拉格朗治点;用同样的方法把这颗小行星推向将要撞击地球的小行星并击碎它。(5分。三个要点，分别1分、2分、2分)

18.(1)目前只是发现，尚未捕捉到可作为保护地球武器的小行星。

篇6：《约会白桦》阅读答案

6.(4分)写夏天的白桦，写出了白桦具有女性美丽的风采(1分)写出白桦树虽然纤弱却充满生命力。(1分)这样写为下文写雪地白桦，深入揭示其精神本质作铺垫。(2分)

解说：第一个要点考查学生对本段白桦外在形象是否理解，第二个要点考查学生对本段乃至全文都体现出白桦的生命力是否理解，第三个要点考查是否有结构意识，学生不答“铺垫”，而答“衬托”、“映衬”、“引出”等反映结构的词也可以，但不答下文的具体内容2分不给。

7.(4分)“约会”使用了拟人的修辞手法，把白桦人格化了(要点一，1分)这表明“我”认为“我”与白桦树有着心灵的沟通(要点：2分，答作“对白桦的崇敬”，“对白桦的敬重”“对白桦充满敬意”亦应给分)形象地写出了“我”对白桦向往已久(要点三，1分)

解说：要点一考查学生对写作手法的理解，要点二考查学生是否理解文章倒数第二段前几句话，此题意在借揣摩语言考查学生对作者感情的把握，要点三考查学生是否理解作者对白桦急切相见之情。

8.(6分)经过这次与冬日白桦的约会，作者感到，白桦树外表柔弱身处严寒却从容平静、充满生命力(2分)。虽然历经重重艰难，却仍然充满深情(爱意)(2分)。这种博大胸怀，给了我们深深的振撼，并深入到我内心，伴我终生。(2分)

篇7：探测器约会小行星的阅读答案

11月3日1时36分，神州八号追上天宫一号，两个飞行器开始携手遨游太空。它标志着，继掌握天地往返，出舱活动技术后，中国突破了载人航天三大基础性技术的最后一项一一空间交会对接技术。神州八号飞船和天宫一号目标飞行器在茫茫太空首次“拥吻”成功，意味着中国已经成功叩开了空间站时代的大门。

这是一场让人心动的太空约会。相约太空，入轨后距天宫一号1万公里的神舟八号，跨越了近130万公里的追逐历程。……身兼飞船和空间实验室两个系统总设计师的张伯楠把此次相会比作“万里穿针”。他说，神州八号先后跨越了瞄准，追赶，精控，防撞四道难关。“让两个8吨多的庞然大物，对接机构挨近时误差在18厘米之内，姿态小于5度，就像飞船拿着一根线，穿到天宫握的那根绣花针的针眼里去。”

11月2日，北京航天飞控中心彻夜不眠。11月2日23时8分，经过5次变轨，神州八号到达距天宫一号后下方52公里处。

这是飞船的第30圈飞行，天宫的541圈飞行。随着圣地亚哥测控站发出“转自主控制”的指令，飞船由听从地面控制转入自主控制，领着它前行的是安装在飞船上的微波雷达，激光雷达和CCD敏感器三种世界领先的交会测量设备。这些设备全部由中国自主研制。

11月3日O时16分，神州八号飞船飞抵对接入口点，与先它32天又8小时升空的天宫一号同处于一条直线上，二者相距5公里。

5公里，400米，140米，30米一一科学家们为飞船设置了四个停泊点，让它在走近天宫的每一个驿站上停下歇息一阵。

张伯楠说，短暂歇息既有助于轨道调整至理想位置，也是控制上的备份措施。一旦出现问题，飞船可以通过地面控制撤离到上一个停泊点，等待故障处置。这时的神州八号，就像一艘耐心等待进港的.轮船。

11月3日1时02分。飞船对接机构缓缓推出，仿佛向着天宫伸出了双臂。

20米，10米，5米……交会完成，对接开始!

1时28分，神州八号的对接环轻轻触到天宫一号，飞船尾部4台发动机随即点火，推动飞船进入天宫的怀抱。

12把对接锁准确的启动，上千个齿轮和轴承同步工作。

1时36分，神州八号与天宫一号紧紧相牵，成功对接。此后，两个飞行器将携手遨游太空12天。

如果把神州与天宫的对接机构比作舞者之手，手指相触时，它们的下方是中国苍茫的西北大地;十指相扣时，它们已进入青岛以东的北太平洋上空。

这一握。仅仅用了7分多钟。对接机构的完美工作，省去了原计划中迟滞与强行校正的时间，“天”“神”一气呵成毫不犹豫地牵手相吻成功;