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小行星交会

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小行星的交会问题主要分为两个方面：一是航天器与小行星的交会问题，实现对小行星的探测，从而在太空探索的道路上实现重大的意义；二是地球与小行星的交会问题，利用现有的科技避免小行星与地球的碰撞，从而避免对人类的伤害。

作品原文

小行星是 21世纪深空探测活动的重要目标。至今为止在太阳系内已经发现了超过 70万颗小行星。小行星按照其轨道类型可以分为:近地小行星、主带小行星和特洛伊小行星。太阳系中小行星大多分布在火星和木星轨道之间 ，离太阳 2。1～ 3。3AU(AU为天文单位)，称为主带小行星。近地小行星(Near-Earth Asteroids，NEAs)，是指轨道半长径与地球轨道半长径相近的小行星 ，直径超过 1km的近地小行星特别引起人们的关注，因为它们有可能撞击地球。近地小行星上丰富的矿产也是人类可以开发利用的重要太空资源。目前发现的这类小行星已超过 250颗。

航天器与小行星的交会

随着美国、日本和欧空局等一系列小行星探测任务的成功实施，小行星探测已经成为21世纪深空探测的一个新热点和未来世界航天发展的一个新方向，带动了新型轨道设计理论和推进技术的蓬勃发展。随着国力的增强，开展进一步走向深空的航天活动是中国航天发展的必然选择。近地小行星将是我国未来深空探测的第一站。在小行星探测中，实现探测器（航天器）与小行星精确交会是一项重要的课题。

双脉冲交会

双脉冲交会探测方式适合于半长轴与地球相近，偏心率和轨道倾角均不大的小行星。探测器首先由运载火箭发射至地球停泊轨道，等待合适的时机，运载火箭末级点火，将探测器送入地心双曲线逃逸轨道。 双脉冲交会的评估准则为出发能量参数和需要探测器自身提供的总速度增量大小。

小推力的发展

如今，实现与小行星的交会问题，主要是通过小推力原理。

随着航天技术发展，深空探测取得了很多的成果。航天器的有效载荷、飞行时间以及原料消耗是深空探测任务的关键性能指标。能承载的有效载荷质量越大、任务时间越短、消耗的原料越少，则发射费用越低、任务效率越高。因此，在现有的硬件条件下对深空探测的轨道优化是非常必要的。在很长一段时间内，轨道控制技术都是基于大推力的脉冲控制。随着小推力技术的发展 ，在很多深空探测任务中小推力将成为轨道控制的另一选择。与脉冲相比，小推力具有更高的比冲，推进剂具有更高的效率。1988年，深空探测一号利用电推进作为主要推进方式实现了星间轨道转移。 2003年 ，欧空局的SMART-1利用电推进使航天器脱离地球引力并实现绕月球飞行。这两个任务很好地验证了小推力在深空探测任务的有效性。

电推进发动机以其轻质量、高比冲的特点将越来越多地应用于未来深空探测任务中。由于电推进航天器质量轻，能够有效降低从地球发射时对运载火箭能力的要求，我国在役的运载火箭都能够将电推进航天器送入飞向近地甚至主带小行星的轨道。同时，电推进发动机推力小、持续时间长，在深空中轨道控制精度高，特别适合小行星探测。电推进方式的小推力轨道分为推进段与滑行段，切换点推力存在跳变，积分精度难以保证，轨道优化设计问题求解比较困难。另外，多任务，多目标探测任务和电推进小推力轨道的结合也给小行星探测轨道设计带来了新的难点，分段设计再拼接的方法难以保证燃料最优性，有必要研究多任务轨道的整体求解方法。

小推力与脉冲相比有很大的优越性，但小推力轨道优化问题也涉及到很多难题。比如动力学模型的选择，控制率的设计，优化算法的选取等。所以通过小推力促进深空探测还有一段路要走。

多天体借力飞行轨道设计

在小行星探测中，交会轨道的设计是一个亟待解决的问题。基于能量等高线图和圆锥曲线拼接法，科学家提出了一种用于多天体交会借力飞行轨道的自动化设计方法。

采用拼接圆锥曲线近似法，即把整个轨道分成几段，然后根据端点处的约束将这几个轨道段拼接起来，形成完整地多天体借力飞行轨道。在轨道设计中，通过求解兰伯特问题，获得探测器的地球发射速度和对应的到达借力天体的速度，给定不同的发射时间和到达时间，绘制能量等高线图。通过对能量等高线图的搜索，则可获得满足发射能量约束的发射时间和借力飞行的时间，同样通过求解兰伯特问题，获得到达小行星的速度和对应的飞出借力天体的速度，并判断到达借力天体的速度与飞出借力天体速度是否满足匹配条件，且到达小行星的速度是否满足约束条件。如果这些条件均满足，那么就可以将这些轨道拼接起来，获得一条完整地借力飞行探测小行星的轨道

小行星与地球的交会问题

太阳系中小行星大多分布在火星和木星轨道之间 ， 离太阳 2。1 ～ 3。3AU (AU 为天文单位)， 称为主带小行星。近地小行星(Near-Earth Asteroids，NEAs)， 是指轨道半长径与地球轨道半长径相近的小行星，直径超过 1km 的近地小行星特别引起人们的关注，因为它们有可能撞击地球。目前发现的这类小行星已超过250颗。

从某种角度来看，近地小行星与地球十分靠近甚至发生“碰撞”的可能性是完全存在的，特别是轨道倾角较小的(即与地球几乎在同一轨道面内运行的小行星)，但由于各大行星摄动影响的存在，轨道变化比较复杂，很难给出这种交会的准确时刻。除力学模型和计算方法外，小行星的轨道初值的提供就会受到测量精度的制约，不可能获得比测量精度更高的轨道，那么这一初值误差就会影响预报的精度。尽管如此，进行长期跟踪计算，还是能够从定性的角度来了解小行星轨道演化特征的。

对近地小行星轨道演化的研究，有两个重要方面，一是起源问题，另一个即与地球(或其他大行星)的接近或碰撞的可能，此即与地球的交会问题。研究与地球的交会可能性能使我们防范于未然