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太空探索I【博览】小行星探测的“中国行动”文/兰顺正▲“嫦娥二号”拍摄的"图塔蒂斯"（Toutatis)小行星间隔成像照片58 I SPACE EXPLORATION【博览】丨太空探索在今年中国航天大会主论坛上，中国科学院院士叶培建透露，中国小天体探 测任务已经进入工程研制阶段，计划探测地球共轨天体20丨6H 03和小行星带中的 主带彗星3丨丨P 。
当天叶培建作了题为《我国小天体探测任务的设想》的报告，从 任务意义、国际发展态势、小天体探测器方案概述、任务特点与难点等四个方面 介绍我国小天体探测任务。
他指出，小天体探测任务是中国航天强国建设怔程的 标志性任务。
9彗星探测段8彗星转移段(约7年）3小行星交会段5采網(约1年)主器<6返回段（约半年）▲中国小天体任务飞行过程示意图▲火星和木星之间的小行星带SPACE EXPLORATION I59太空探索I 【博览I身价不菲的小行星宇宙中存在大量小行星，仅太阳 系中就有上百万颗。
1991年美国发射 的“伽利略’’木星探测器对951号加 斯帕拉小行星进行了飞越探测，这是人 类第一次近距离观测小行星。
到目前国 际上小天体探测已有近30年历史。
小行星探测具有重大意义。
_方面， 针对小行星组成物质、物理特征等进行科 学探测，可以更好了解太阳系演化、_生命起源等问题。
有些小行星上拥有水和 化合物，如在“谷神星”北半球直径约 50千米的陨坑中确认存在有机化合物。
而木星的卫星“欧罗巴”被证实，其表面 的冰层下有大量液态水，其平均深度是地 球海洋的20倍，而且含氧量较高。
这些 对T W 究地外生命的作用不言而喻。
另一方面，小行星探测蕴含很大 的经济价值。
目前人类可以开发利用的 小行星基本上分为两类，一类是近地小 行星，主要分布在木星和火星之间的小 行星带，其中中等体积的近地小行星约 有1.95万颗；另一类是从地球附近飞 掠而过的小行星，其数量和出现的时间都不确定，实施探测和开发的难度较大。
一、单项选择题[2014·广东揭阳、潮州联考]我国“嫦娥三号”于2013年12月2日凌晨1点30分在西昌卫星发射中心发射成功，12月15日凌晨4点35分稳稳落在虹湾着陆区，月球车进入月表漫步和探测阶段，这标志着“嫦娥三号”登月成功。
读图完成1～2题。
1．月球车在月球表面执行任务时可能会遇到的困难包括()①受宇宙辐射影响大，白天太阳紫外线强烈②月面昼夜温差巨大，易损坏仪器③自转周期短，太阳能供电不足④月壤松软，月面凹凸不平，月球车行走容易打滑翻车A．①②③B．①②④C．②③④D．①③④解析：对月球环境的全面、正确了解是解题基础。
可采用排除法解答该题。
月球自转周期27天略长，自转周期并不短，太阳辐射强，③错误。
可排除A、C、D三项。
故B项正确。
答案：B2．若宇航员登上月球，则其可能观测不到的现象有()①绚丽多彩的极光②拖着长尾的彗星③一闪即逝的流星④轮廓模糊的星云⑤黑子或耀斑活动⑥明亮耀眼的恒星A．②④B．①③C．③④D．⑤⑥解析：注意题干“观测不到”的限定条件。
极光是来自太阳的带电粒子轰击极地上空稀薄大气的结果，而月球周围没有大气，不可能看到极光。
故①项符合条件，只有B项符合题目要求。
答案：B2012年12月13日，“嫦娥二号”探月卫星成功飞抵距地球约700万千米的深空，以10.73千米/秒的相对速度，与图塔蒂斯小行星(西方人称为“战神”)擦身而过，首次实现我国对小行星的飞越探测。
据此回答3～5题。
3．“嫦娥二号”探月卫星飞越图塔蒂斯小行星时的位置是在()A．地球与月球之间B．水星与地球之间C．火星与木星之间D．木星与土星之间解析：图塔蒂斯小行星在太阳系中位于小行星带，它的位臵在火星与木星之间，所以“嫦娥二号”探月卫星飞越图塔蒂斯小行星时的位臵是在火星与木星之间。
答案：C4．“嫦娥二号”探月卫星于2010年10月8日实施了第二次近月制动，随后顺利进入周期约3.5小时的椭圆环月轨道。
下列关于“嫦娥二号”探月卫星公转速度的叙述，正确的是()A．近月点时公转角速度慢B．近月点时公转线速度慢C．远月点时公转角速度慢D．远月点时公转线速度快解析：近月点受月球引力的影响大，“嫦娥二号”探月卫星公转的线速度和角速度均较快；而远月点时卫星公转的线速度和角速度均较慢。
图2 江苏扬州2019高中学业水平测试重点（二）-地理地理【一】单项选择题：在以下各小题的四个选项中，只有一个选项是最符合题目要求的。
请在答题卡上将所选答案的字母代号涂黑(本部分共30小题，每题2分，共60分)。
北京时间2018年12月13日16时30分，“嫦娥二号”卫星在700万千米深空成功探测到“战神”图塔蒂斯小行星。
图1为“嫦娥二号”卫星飞行轨迹示意图”,据此完成1-2题。
1、关于“嫦娥二号”卫星的说法，正确的选项是 A 、卫星自发射升空后，现差不多飞离了太阳系 B 、卫星飞行期间，地球公转的速度越来越慢 C 、探测月球是卫星发射的重要任务之一D 、卫星探测到小行星时，伦敦时间为13日7时30分 2、易对“嫦娥二号”卫星向地面传送信息产生干扰的是 A 、太阳辐射B 、太阳活动 C 、月球引力D 、行星运行将一盏电灯放在桌子中央代表太阳，在离电灯大约l 米远的桌边放一个地球仪代表地球，拨动地球仪模拟地球自转运动，如图2。
据此完成3－4题。
3、该实验能够演示的地理现象是①昼夜的更替 ②四季的更替 ③运动物体偏向 ④地方时差异 A 、①③ B 、①④ C 、②③ D 、②④4、依照图示信息，关于P 地地理现象的表达，正确的选项是A 、盛行东北信风B 、此日正午太阳高度达全年最小值C 、如今正值日落D 、此日昼长夜短“野柳地质公园”是大陆游客最喜爱的台湾景点之一。
公园中有一块形似“金钱豹”的岩石，每年只能在农历大潮的退潮期间见到。
近年来，人们发明，金钱豹头掉在地上，已“一命呜乎”。
图3为“金钱豹景观示意图”，读图完成第5题。
5.导致金钱豹头部消逝的地质作用要紧是图3野柳地质公园形状很像“金钱豹”的岩石已断头的“金钱豹”岩石A 、风力侵蚀作用B 、海浪侵蚀作用C 、冰川侵蚀作用D 、流水沉积作用 图4为“某城区及附近地区大气的水平运动俯视示意图”，读图完成6-7题。
6、图示区域大气运动系统属于 A 、三圈环流 B 、季风环流 C 、热力环流 D 、反气旋7、形成该大气运动系统的要紧缘故是A 、温室效应B 、海陆热力差异C 、地势起伏D 、城市热岛效应图5为“部分大气环流示意图”，读图完成8-9题。
嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择乔栋, 黄江川, 崔平远, 饶炜, 姜晓军, 孟林智, 黄昊 and 黄晓峰Citation: 中国科学: 技术科学43, 602 (2013 ); doi: 10.1360/092013-313View online: /doi/10.1360/092013-313View Table of Contents:/publisher/scp/journal/SST/43/6 Published by the 《中国科学》杂志社Articles you may be interested in嫦娥二号卫星飞越4179小行星工程参数分析中国科学: 技术科学43, 596 (2013);嫦娥二号卫星飞越4179小行星逼近策略及成像技术中国科学: 技术科学43, 478 (2013);4179号小行星地基光学观测中国科学: 技术科学43, 618 (2013);嫦娥二号卫星多目标多任务设计与经验中国科学: 技术科学43, 585 (2013);嫦娥二号卫星飞越Toutatis小行星转移轨道设计中国科学: 技术科学43, 487 (2013);中国科学: 技术科学 2013年 第43卷 第6期: 602 ~ 608 中文版发表信息: 乔栋, 黄江川, 崔平远, 等. 嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择. 中国科学: 技术科学. 2013, 43: 602–608, doi: 10.1360/092013-313《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择乔栋①②*, 黄江川③, 崔平远①②, 饶炜④, 姜晓军⑤, 孟林智④, 黄昊④, 黄晓峰④① 飞行器动力学与控制教育部重点实验室, 北京 100081; ② 北京理工大学宇航学院深空探测技术研究所, 北京 100081; ③ 中国空间技术研究院, 北京 100094; ④ 北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094; ⑤ 中国科学院国家天文台, 北京 100012 * E-mail:****************.cn收稿日期: 2013-01-25; 接受日期: 2013-03-02国家中长期科技发展规划重大专项、国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(批准号: 2012CB720000)和国家自然科学基金(批准号: 11102020)资助项目摘要 嫦娥二号卫星成功实现日-地拉格朗日L2点的飞行探测, 圆满完成多项科学探测和工程试验任务, 计划开展以小行星为背景的飞向更远深空再拓展试验任务. 本文针对该任务的目标选择问题, 基于测控约束、时间约束、推进剂约束及目标星物理特性, 提出了一套满足任务约束的小天体探测目标选择策略. 首先, 基于小行星的轨道特性及高精度递推模型, 筛选出满足测控与通信约束的潜在目标星, 根据卫星在轨寿命的时间约束, 进而划定可选目标星的范围. 然后, 基于嫦娥二号卫星飞越探测成像约束、可选目标星的物理特性及观测定轨精度, 确定潜在备选目标星; 最后, 基于日-地-月系统转移轨道两点边值问题的求解, 分析备选目标星飞越探测的机会与速度增量需求, 得到嫦娥二号再拓展任务飞越探测的目标小行星4179 Toutatis. 2012年12月13日16:30, 嫦娥二号卫星成功飞越4179 Toutatis 小行星, 获得大量高质量图像, 从而验证了探测目标选择策略的正确性.关键词 嫦娥二号 目标选择 小行星 飞越探测嫦娥二号卫星作为探月工程二期的先导星, 于2010年10月1日在西昌卫星发射中心成功发射. 在圆满完成月球探测任务后, 于2011年6月9日从月球环绕轨道变轨飞向日-地拉格朗日L2点附近的Lissajous 轨道, 2011年8月25日捕获入轨, 在目标Lissajous 轨道飞行200余天, 完成了多项科学探测和工程试验任务[1]. 鉴于卫星飞行状态良好, 工程总体决定开展以小行星为背景的飞向更远深空的再拓展试验任务. 本文主要针对该任务的目标选择问题, 提出了一套满足任务约束的小行星探测目标选择策略.小行星作为太阳系的重要成员, 普遍被认为是太阳系演化过程中的残余物质. 目前已发现的小行星约70多万颗, 正式编号的已超过30万颗, 而且随着观测技术和手段的提高, 该数目还在不断增长. 根据轨道特性和分布情况, 小行星可分为近地小行星(near earth asteroids)[2, 3]、主带小行星(main-belt asteroids)[4]、特洛伊族小行星(Trojans/Greeks asteroids)[5]、柯伊柏带小行星(Kuiper-belt asteroids)[6]等多个群落. 在这些群落中, 近地小行星的轨道许多会穿越地球轨道, 给地球的安全带来潜在的威胁, 因而得到了广泛的关注. 此外, 近地小行星还普遍被认为是主带小行星或彗星的碎片、内核经过长期的动力中国科学: 技术科学 2013年 第43卷 第6期603学演化而形成的, 可能含有太阳系演化的重要信息. 因此, 探测近地小行星对于了解太阳系的起源、演变历程和现状, 进一步认识地球环境的形成与演变过程以及探索生命起源等具有重要的意义.对于嫦娥二号卫星, 在圆满完成月球探测任务及飞向日-地拉格朗日L2点探测任务之后所剩推进剂极为有限, 而且卫星设计评估寿命2~3年, 在轨飞行已超过20个月, 若继续长时间深空飞行, 将对卫星可靠性是严峻考验. 同时, 由于我国大型深空测控站2012年10月前尚无法提供深空远距离测控能力的支持[7].针对这些问题, 本文基于测控约束、速度增量约束及目标星物理特性等, 提出了一套满足任务约束的小行星探测目标选择策略. 该策略首先基于不同群落小行星的轨道特征及高精度小行星轨道递推动力学模型, 并结合嫦娥二号卫星在轨寿命时间约束, 筛选出满足测控与通信约束的潜在目标星; 然后, 根据卫星飞越探测成像约束及潜在目标星的轨道和物理特性, 确定出嫦娥二号再拓展试验任务的备选目标; 最后, 基于日-地-月系统转移轨道两点边值问题的求解及飞越探测目标的速度增量需求, 得到嫦娥二号再拓展任务飞越探测的目标小行星.1 嫦娥二号飞越探测小行星目标的初选嫦娥二号飞越探测小行星目标的初选主要从两个方面展开: 1) 测控与通信约束的分析; 2) 小行星的轨道特征.1.1 嫦娥二号测控与通信约束分析从测控角度分析, 嫦娥二号卫星进行更远距离飞行探测, 主要受测控与通信距离的制约. 根据嫦娥二号在日-地拉格朗日L2点附近的Lissajous 轨道(距离地球约170万千米)飞行条件下测控下行状态, 具有35 m 天线的测控站, S 频段测控全向下行可支持约1200万千米; S 频段测控定向下行可支持约3000万千米; X 频段测控可支持约1300万千米, 而具有64 m 天线的测控站, S 频段测控全向下行可支持约2000万千米; S 频段测控定向下行可支持约5000万千米; X 频段测控可支持约2100万千米.从通信数传的角度分析, 根据嫦娥二号在日-地拉格朗日L2点附近的Lissajous 轨道(距离地球约170万千米)飞行的状态, 若码速率采用750 kbps, 则具有50 m 天线的测控站可支持约240万千米; 若码速率采用23.4375 bps, 则具有40 m 的测控站可支持约1200万千米; 具有50 m 天线的测控站可支持约1500万千米, 而具有64 m 天线的测控站可支持约2500万千米.根据以上分析, 嫦娥二号若执行飞越小行星探测任务, 则飞越时小行星距离地球应小于1500万千米, 且飞越时间在2012年10月后才能提供支持.1.2 小行星轨道特征分析目前已发现的70多万颗小行星主要集中在近地、主带、特洛伊族、柯伊柏带, 其中多数近地小行星的轨道会穿越地球的轨道; 主带小行星的轨道介于火星轨道和木星轨道之间, 大约距离太阳2~4个天文单位(AU, 即 1 AU=149597870.691 km) 这也是小行星密集的区域; 特洛伊族小行星主要聚集在太阳-木星的L4/L5点附近; 柯伊柏带小行星主要分布在海王星轨道外侧.近地小行星距离地球较近, 是嫦娥二号飞越目标选择的主要小行星群落. 根据轨道半长轴a , 近日点距离q 和远日点距离Q , 近地小行星可分为4种类型[8, 9]: 1) Aten 型, 其轨道半长轴小于1 AU, 且穿越地球轨道, 即a <1.0 AU 且Q >0.983 AU(0.983 AU 为地球轨道的近日点距离); 2) Apollo 型, 其轨道半长轴大于1AU, 且穿越地球轨道, 即a >1.0 AU 且q <1.017 AU(1.017 AU 为地球轨道的远日点距离); 3) Amor 型, 其轨道在地球轨道的外侧, 近日点距离q 大于地球轨道的远日点距离(1.017 AU)且小于 1.3 AU, 即 1.017 AU<q <1.3 AU; 4)Atira 型或Apohele 型, 其轨道在地球轨道的内侧, 远日点距离Q 小于地球轨道的近日点距离(0.983 AU), 即Q <0.983 AU. 这里值得注意的是Aten 型和Apollo 型的小行星轨道会穿越地球轨道, 从而使得它们产生撞击地球的威胁, 而Amor 型和Atira 型虽然不穿越地球轨道, 但有时可能距离地球非常近. 目前发现的9441颗近地小行星中, Aten 型有742颗, Amor 型有3569颗, Apollo 型有5118颗, Atira 型有12颗.1.3 小行星轨道递推与目标初选根据以上分析, 选取近地小行星, 进行轨道递推, 搜索满足2012年10月~2013年6月与地球最近距离乔栋等: 嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择604小于1500万千米的目标. 小行星的星历采用美国JPL 公布的观测定轨星历. 轨道递推的动力学模型为113331i i i i ii PN r r μ=⎛⎫=--+ ⎪∆⎝⎭∑ Δr rr , 1,2,,11i = , (1)其中=-Δr r i i , r i 为积分过程中摄动天体的位置矢量, 由DE405行星星历得到, 摄动天体主要考虑八大行星、月球、冥王星及谷神星. 递推算法选择龙格库塔78法. 递推时间为观测定轨星历的历元时刻至2013年6月30日.递推后, 满足测控与通信约束和时间约束的目标有51颗, 其中2012年10月1日至2013年6月30日期间, 距离地球小于500万千米的目标有7颗, 如表1所示.在2012年10月1日至2013年6月30日期间距离地球大于500万千米且小于1000万千米的目标有22颗, 如表2所示.在2012年10月1日至2013年6月30日期间距离地球大于1000万千米且小于1500万千米的目标有22颗, 如表3所示.2基于嫦娥二号成像约束及小行星物理特性的选择目标根据嫦娥二号卫星再拓展试验任务的要求, 综合考虑星载各相机的性能指标, 选择星上配置的太阳翼监视相机作为嫦娥二号飞越探测小行星的主要载荷[10]. 考虑到成像质量, 任务要求飞越的目标小行星直径大于 1 km, 且轨道参数确定, 即有明确的 编号.基于以上约束, 探测目标的进一步选择主要从表1 距离地球小于500万千米的目标(小于0.03342 AU)序号小行星名称距离地球最近的时间(年/月/日)最近的距离 (AU) 1 2008 UU95 2012/10/11 0.02012 2 2010 JK1 2012/11/25 0.02373 3 2009 BS5 2012/12/11 0.02141 4 2012 DA14 2013/02/05 0.00031 5 2010 GM23 2013/04/11 0.02813 6 2009 FE 2013/06/04 0.02434 7 2010 NY652013/06/240.02650表2 距离地球大于500万千米且小于1000万千米的目标(小于0.06685 AU, 大于0.03342 AU)序号小行星名称距离地球最近的时间(年/月/日)最近的距离 (AU)1 2007 PA8 2012/11/05 0.043292 1999 SF10 2012/11/09 0.034963 2009 WB105 2012/11/25 0.04024 4 1994 XD 2012/11/27 0.051845 Toutatis 2012/12/12 0.046336 2010 BB 2012/12/26 0.055367 2003 UC20 2012/12/29 0.065938 2002 AY1 2013/01/07 0.038149 2009 WD54 2013/01/15 0.06627 10 2011 BY10 2013/01/28 0.05009 11 2010 LK34 2013/01/31 0.06513 12 2011 EN51 2013/02/26 0.05088 13 1998 DK36 2013/03/06 0.05867 14 2005 ES70 2013/03/14 0.05688 15 2011 EE51 2013/03/16 0.05414 16 2008 SE85 2013/03/22 0.04873 17 2003 FY6 2013/03/23 0.05391 18 2005 NZ6 2013/04/29 0.06404 19 1988 TA 2013/05/10 0.03357 20 1998 QE2 2013/05/31 0.03917 21 2002 LT24 2013/06/25 0.05921 22 2007 RQ17 2013/06/28 0.03575表3 距离地球大于1000万千米且小于1500万千米的目标(小于0.10027 AU, 大于0.06685 AU)序号小行星名称距离地球最近的时间(年/月/日)最近的距离 (AU) 1 2004 RX102012/10/15 0.08185 2 1998 ST49 2012/10/18 0.07368 3 2008 CT1 2012/10/22 0.06785 4 1991 VE 2012/10/26 0.08737 5 2000 EA14 2012/10/29 0.09956 6 2009 SB15 2012/11/03 0.07770 7 2011 EL51 2012/11/04 0.08334 8 2008 UA92 2012/11/16 0.09021 9 1996 AW1 2012/11/24 0.06735 10 Apophis 2013/01/09 0.09666 11 2011 TO 2013/01/21 0.08653 12 2003 BN4 2013/02/04 0.07133 13 2008 DG17 2013/02/16 0.09371 14 2009 SC15 2013/03/13 0.08118 15 2008 EY5 2013/03/20 0.08324 16 2010 SE 2013/03/20 0.07206 17 2008 EG9 2013/03/21 0.08477 18 2011 SC25 2013/04/07 0.07602 19 2009 SQ104 2013/04/22 0.07137 20 2010 LF14 2013/05/18 0.09022 21 2011 BM45 2013/06/02 0.07413 22 2004 KH172013/06/030.09787中国科学: 技术科学 2013年 第43卷 第6期605两个方面展开: 1) 绝对星等与小行星直径的分析; 2) 基于小行星直径与目标编号的筛选.2.1 绝对星等与小行星直径的分析 如果绝对星等H 和反照率V p 给定, 则小行星的直径可由如下关系估算:/51/2132910H V D p --=⨯. (2) 由(2)式可以看出绝对星等的偏差和反照率的不确定度都可能使得小行星直径的估算出现较大的误差. 近地小行星的这些参数可参见文献[11].根据以上分析, 2012年10月1日至2013年6月30日期间, 距离地球小于500万千米目标的绝对星等和直径, 如表4所示.在2012年10月1日至2013年6月30日期间距离地球大于500万千米且小于1000万千米目标的绝对星等和直径, 如表5所示.在2012年10月1日至2013年6月30日期间距离地球大于1000万千米且小于1500万千米目标的绝对星等和直径, 如表6所示.2.2 基于小行星直径与目标编号的筛选根据成像要求小行星尺寸大于 1 km, 且探测目标有明确的编号, 则:1) 表4中最大直径的小行星为2009 FE, 其直径约为150~350 m , 且无明确的小行星编号, 不能满足任务的要求;2) 表5中直径接近或超过1 km 的目标有6颗, 分别为2007 PA8, 1994 XD, Toutatis, 2003UC20, 2005NZ6, 1998QE2. 有编号的小行星有5颗, 分别为214869, 4179, 242643, 285263和293726, 同时满足这两项约束的目标有4颗, 如表7所示.表4 距离地球小于500万千米目标的绝对星等与直径序号小行星名称轨道类型绝对星等直径 (m)1 2008 UU95 Apollo 23.40 60~1402 2010 JK1 Apollo 24.40 30~803 2009 BS5 Apollo 27.40 0~204 2012 DA14 Apollo 24.40 30~805 2010 GM23 Apollo 24.7030~706 2009 FE Apollo 21.40 150~3507 2010 NY65 Aten 21.70 130~300 注: 绝对星等和直径估算参见http://earn.dlr.de/nea/database.htm表5 距离地球大于500万千米且小于1000万千米目标的绝对星等与直径 序号 小行星名称 轨道类型 绝对星等 直径1 2007 PA8 (214869) Apollo 16.47 1.6 km2 1999 SF10 Apollo 24.00 0.06 km32009 WB105 Aten 23.30 60~140 m 4 1994 XD Apollo 19.10 0.5~1.0 km 5 Toutatis (4179) Apollo 15.30 2.8 km62010 BB Aten 20.30 260~580 m 7 2003 UC20 Aten 18.10 0.7~1.6 km8 2002 AY1 Aten 20.80 200~460 m9 2009 WD54 Aten 28.50 0~10 m 102011 BY10 Apollo 27.10 10~20 m 112010 LK34 Apollo 21.90 120~280 m 12 2011 EN51 Apollo 22.20 100~240 m13 1998 DK36 Aten 25.00 20~60 m 142005 ES70 Aten 23.60 50~120 m 15 2011 EE51 Apollo 24.30 40~90 m162008 SE85 Apollo 19.50 370~840 m 17 2003 FY6 Aten 22.40 90~220 m 18 2005 NZ6 (242643) Apollo 17.60 0.9~2.0 km19 1988 TA Apollo 20.90 400 m20 1998 QE2 (285263)Amor 16.50 2.75 km 21 2002 LT24 Aten 22.00 110~260 m 22 2007 RQ17 (293726) Apollo 22.60 90~200 m 注: 绝对星等和直径估算参见http://earn.dlr.de/nea/database.htm表6 距离地球大于1000万千米且小于1500万千米目标的绝对星等与直径序号 小行星名称 轨道类型 绝对星等 直径 1 2004 RX10 Aten 21.30 160~370 m 2 1998 ST49 (136993) Apollo 17.81 900 m 3 2008 CT1 Aten 27.70 0~10 m4 1991 VE (162004) Aten 18.20 0.7~1.5 km5 2000 EA14 Apollo 21.00 190~420 m6 2009 SB15 Apollo 20.60 220~510 m7 2011 EL51 Apollo 21.90 120~280 m8 2008 UA92 Amor 27.40 0~20 m9 1996 AW1 Apollo 19.40 390~880 m 10 Apophis (99942) Aten 19.70 270 m 11 2011 TO Aten 26.30 10~30 m 12 2003 BN4 Amor 24.40 30~80 m 13 2008 DG17 Amor 19.80 330~730 m 14 2009 SC15 Amor 21.40 150~350 m 15 2008 EY5 (325102) Aten 20.10 280~640 m 16 2010 SE Apollo 24.30 40~90 m 17 2008 EG9 Apollo 25.20 20~60 m 18 2011 SC25 Apollo 25.20 20~60 m 19 2009 SQ104 Apollo 20.80 200~460 m 20 2010 LF14 Amor 24.00 40~100 m 21 2011 BM45 Apollo 21.40 150~350 m 22 2004 KH17 Aten 22.00 110~260 m 注: 绝对星等和直径估算参见http://earn.dlr.de/nea/database.htm乔栋等: 嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择606表7 距离地球大于500万千米且小于1000万千米, 有确定编号同时直径接近或大于1 km 的目标序号小行星名称轨道类型 绝对星等 直径 (km)1 (214869)007 PA8 Apollo 16.47 1.62 (4179)Toutatis Apollo 15.30 2.83 (242643)2005 NZ6 Apollo 17.60 0.9~2.04 (285263)1998 QE2 Amor 16.50 2.753) 表6中直径接近或超过1 km 的目标有2颗, 分别为1998 ST49, 1991 VE. 确定编号的小行星有4颗, 分别为136993, 162004, 99942和325102, 同时满足这两项约束的目标有2颗, 如表8所示.根据以上分析, 确定编号其直径接近或大于1 km, 同时在2012年10月1日至2013年6月30日期间距离地球小于1500万千米的小行星有6颗, 如表9所示.反照率是决定成像质量的一个重要参数, 表9中6颗目标的反照率, 如表10所示.根据以上筛选原则, 得到的6颗潜在备选目标中, 在2012年10月1日~2013年6月30日, 距离地球小于表8 距离地球大于1000万千米且小于1500万千米, 有确定编号同时直径接近或大于1 km 的目标序号小行星名称轨道类型 绝对星等 直径 (km)1 (136993)1998 ST49 Apollo 17.810.92 (162004)1991 VE Aten 18.20 0.7~1.5表9 距离地球小于1500万千米, 有确定编号同时直径接近或大于1 km 的目标序号小行星名称轨道类型 绝对星等 直径 (km)1 (214869)2007 PA8 Apollo 16.47 1.62 (4179)Toutatis Apollo 15.30 2.83 (242643)2005 NZ6 Apollo 17.60 0.9~2.04 (285263)1998 QE2 Amor 16.50 2.75 5 (136993)1998 ST49 Apollo 17.81 0.96 (162004)1991 VE Aten 18.20 0.7~1.5表10 潜在备选目标的反照率与光谱类型序号小行星名称距离最近 (万千米)反照率直径 (km)1 (4179)Toutatis 693.09 0.13 2.82 (136993)1998 ST49 1102.2 mh *0.9 3 (285263)1998 QE2 585.97 0.06 2.75 4 (214869)2007 PA8 647.61 – 1.6 5 (242643)2005 NZ6 958.02 – 0.9~2.0 6 (162004)1991 VE 1307.03 – 0.7~1.5 *表示中等, 其反照率通常取值为0.181000万千米的有4颗, 分别为(4179)Toutatis, (285263)1998QE2, (214869)2007PA8, (242643)2005NZ6; 大于1000万千米的2颗, 分别为(136993)1998ST49, (162004) 1991VE.小行星(136993)1998ST49距离地球最近为1102.2万千米, 时间为2012年10月18日. 小行星(162004)1991VE 距离地球最近为1307.03万千米, 时间为2012年10月26日. 根据任务计划和安排, 深空测控站于2012年10月中旬才能进行跟踪测试工作, 在此之前尚无法对飞越小行星任务提供支持. 因此, (136993)1998ST49小行星和(162004)1991VE 小行星暂被排除在备选飞越目标之列.表10中剩余的4颗潜在备选目标, (214869) 2007PA8小行星距离地球最近为647.61万千米, 时间为2012年11月5日, 该时间距离大型深空站启用时间较近, 且反照率参数缺乏, 故暂排除在备选飞越目标之列.(242643)2005NZ6小行星距离地球最近为958.02万千米, 时间为2013年4月29日; (285263)1998QE2小行星距离地球最近为585.97万千米, 时间为2013年5月31日. 这两颗星的反照率参数缺乏, 但由于有较为充足的时间开展观测, 故可暂作为潜在备选目标.(4179)Toutatis 小行星距离地球最近为693.09万千米, 时间为2012年12月12日, 反照率参数为0.13较为明确, 其直径约为2.8 km, 同时也把潜在备选目标中最大的小行星, 列为潜在备选目标.2.3 基于嫦娥二号推进剂约束的目标选择 嫦娥二号2011年8月25日捕获进入日-地拉格朗日L2点Lissajous 轨道. 截止2011年9月, 卫星剩余推进剂约115 kg, 除去管道残余、推进剂估计误差及在Lissajous 轨道的轨控所需速度增量等, 可用于再拓展任务的速度增量约为120 m/s. 根据该约束对3颗潜在备选目标的飞越机会及所需速度增量进行分析, 并进一步筛选和确认飞越目标星. 这3颗目标的轨道根数如表11所示.根据以上条件, 基于日-地-月系统求解两点边值问题, 分析嫦娥二号飞越机会及所需速度增量. 假设在0t 时刻卫星的状态为000[,]=x r v , 若沿切向施加速度增量∆v 使其从Lissajous 轨道出发, 则可基于日、地、月、卫星四体星历动力学模型, 建立卫星飞越目中国科学: 技术科学 2013年 第43卷 第6期607表11 潜在备选目标的轨道根数(2012-09-29 12:00, 即56200.0MJD)轨道要素 (4179)Toutatis(285263)1998 QE2(242643)2005 NZ6半长轴a (AU) 2.52934 2.4215 1.83393 偏心率e 0.62947 0.57094 0.86452 轨道倾角i (°) 0.446 12.854 8.496 升交点赤经Ω (°) 124.508 250.174 39.531 近心点角距ω (°) 278.564 345.596 48.171 平近点角M (°)348.566 299.293 291.934注: 轨道参数参见http://newton.dm.unipi.it/neodys标小行星时与小行星的距离d f 、飞行时间t f 和切向速度增量v ∆之间的关系. 通过遍历算法或优化算法可得到飞越距离d f 最小的轨道初值[12]. 基于此初值, 选用高精度星历轨道动力学模型, 通过二级微分修正法, 可得到满足两点边值的轨道参数[13, 14].由以上求解过程可得嫦娥二号飞越以上目标所需的速度增量及转移机会, 如表12所示.根据嫦娥二号卫星所能提供的速度增量约束(120 m/s)并结合表12可以看出, (4179)Toutatis 可作为嫦娥二号再拓展任务飞越探测的目标小行星.小行星(4179)Toutatis 是一颗Apollo 型的近地小行星, 其轨道远日点接近木星轨道, 近日点处于地球轨道附近, 它的轨道和木星形成3:1的轨道共振, 和地球形成1:4的轨道共振. 由于轨道倾角非常小(i = 0.446°), 公转周期大约是4年(T = 1469.3 d), 因此小行星(4179)Toutatis 频繁接近地球, 它接近地球时的距离最近达到150万千米. (4179)Toutatis 小行星最近一次靠近地球发生在2008年11月9日, 距离750万千米. 地面雷达观测 (4179)Toutatis 小行星直径约为4.5 km×2.4 km×1.9 km . 嫦娥二号卫星与(4179) Toutatis 小行星的飞行轨道如图1所示.3 结论本文针对嫦娥二号飞越探测小行星的目标选择问题, 基于测控与通信约束、时间约束、成像约束及卫星推进剂约束等, 提出了一套满足任务约束的小天体探测目标选择策略. 首先, 基于飞越时测控与通图1 嫦娥二号卫星与(4179)Toutatis 小行星的轨道信距离小于1500万千米的约束, 并结合小行星的轨道特征, 从近70万颗小行星中选取近地小行星群落, 通过高精度轨道递推筛选出51颗潜在目标星; 然后, 根据嫦娥二号卫星成像约束及小行星物理特性, 进而划定可选目标星的范围, 得到3颗潜在备选目标 星; 最后, 基于多体系统转移轨道两点边值问题的求解, 分析潜在备选目标星飞越探测的机会与速度增量需求, 得到嫦娥二号再拓展任务飞越探测的目标小行星(4179)Toutatis.2012年12月13日16:30, 嫦娥二号成功近距离飞越(4179)Toutatis 小行星, 获得大量高质量图像, 这是国际上首次实现对该小行星的近距离探测, 也是我国首次实现对小行星的飞越探测, 该任务的成功实施也验证了探测目标选择策略的正确性和有效性.表12 潜在备选目标的飞越机会与所需速度增量飞越目标离轨时间飞越时间 所需速度增量 (m/s)(4179)Toutatis 2012/06/07 2012/12/13 87.4 (285263)1998 QE2 2013/03/09 2013/05/31 377.4 (242643)2005 NZ6 2012/07/05 2013/05/04 59.9乔栋等: 嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择参考文献1吴伟仁, 崔平远, 乔栋, 等. 嫦娥二号日地拉格朗日L2点探测轨道设计与实施. 科学通报, 2012, 57: 1987–19912Schunova E, Granvik M, Jedicke R, et al. Searching for the first near-Earth object family. 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学校 班级 考号 姓名_________________试场号______________ 装订线内不要答题 ◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆装◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆订◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆线◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆鄂尔多斯三中第一学期第四次考试试卷高三地理一、选择题（50分）北京时间2012年12月13日16：30，“嫦娥二号”在700万千米深空成功探测到“战神”图塔蒂斯小行星。
读图，回答1—2题。
1.小行星图塔蒂斯不属于（ ）A.地月系B.银河系C.总星系D.太阳系 2.“嫦娥二号”飞越小行星图塔蒂斯时，国际标准时间是（ ）A ．2012年12月14日0：30B ．2012年12月12日8：30C ．2012年12月13日0：30D ．2012年12月13日8：302012年11月18日，我国一名帆船运动爱好者驾驶“青岛号”从青岛出发，于2013年4月5日成功返回，创造了新的单人不间断环球航行世界纪录， 回答3—4题。
3.11月底“青岛号”在北太平洋行驶途中，遇到热带风暴。
当热带风暴中心位于其正北方向时，该海域盛行（ ）A.东北风B.西北风C.东南风D.西南风 4.12月下旬，“青岛号”在海上过了两次圣诞节。
这说明“青岛号”( ) A.自东12区向东越过了日界线 B.自西12区向东越过了日界线 C.自东12区向西越过了日界线 D.自西12区向西越过了日界线天山大峡谷（左图）由红褐色的巨大山体群组成。
这里山体高大，山坡陡峭，峡谷细长，山体由红色岩石和粗砂砾石组成。
谷内山体陡峭险峻，奇峰异石，千姿百态。
崖壁下部有大大小小洞穴分布，右图为岩石转化图，读图回答5—6题。
5.崖壁下部洞穴成因最有可能是（ ）A ．冰川侵蚀B ．风力侵蚀C ．流水侵蚀D ．海水侵蚀 6.据图文资料，判定该峡谷主要岩石为（ ）A ．甲B ．乙C ．丙D ．丁2013年10月12日，北京香山红叶节开幕。
“嫦娥二号”平动点和小行星探测试验中的轨道计算
曹建峰
【期刊名称】《天文学报》
【年(卷),期】2016(057)001
【摘要】论文以CE-2（嫦娥二号）平动点飞行试验、小行星探测试验以及YH-1火星探测任务为背景，对深空探测测定轨技术开展研究．相关研究成果直接为小行星图塔蒂斯探测试验的拍照成像提供了高精度的轨道支持．针对YH-1火星探测开展了先期的测定轨研究，研究成果虽未能直接应用于火星探测任务，但积累的理论知识可服务于我国后续深空探测．论文的研究可以概括为以下几个方面：
【总页数】2页(P125-126)
【作者】曹建峰
【作者单位】中国科学院上海天文台上海200030
【正文语种】中文
【相关文献】
1.嫦娥二号还可能完成多项突破——访嫦娥二号卫星总设计师黄江川 [J], 陈全育
2.搭建嫦娥二号——航天科技集团公司九院704所精心研制嫦娥二号测控设备侧记 [J], 许利;韩娜娜
3.“嫦娥二号”卫星拓展试验轨道计算中心天体的选取 [J], 曹建峰;胡松杰;黄勇;刘磊;刘勇;唐歌实;李勰
4.嫦娥二号平动点间转移轨道方案研究 [J], 刘磊;李勰;曹建峰;唐歌实;胡松杰
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