不规则重力场的小行星表面运动规划方法

不规则重力场的小行星表面运动规划方法

跳跃机器人适合小行星探索

小行星是围绕太阳旋转的小型岩石体,由于体积太小而不能称为行星。太阳系中有数百万颗小行星,大小,形状和成分各不相同。对小行星的探索有助于揭示有关太阳系,地球和生命本身起源的迷人信息。

小行星也可以作为行星科学研究,资源开采,通信中继或行星防御的战略要点。然而,到目前为止,探索小行星的表面已经证明是非常具有挑战性的任务,因为它们具有低且非线性的重力场。

最近的小行星任务,例如“隼鸟2号”和“冥王号”探测器,仅仅是飞行操作任务。研究人员一直在努力开发能够探索小行星表面的技术,例如,使用原位仪器分析其成分和地下材料。

跳跃机器人对于探索这样的表面特别有用,利用弹道跳跃的移动性在不规则重力场的小行星表面工作具有若干优点。这类机器人可以在崎岖的地形上穿越很长的距离,能量消耗有限。

美国亚利桑那大学的一组研究人员最近开发了弹道跳跃动力学和小行星表面运动规划的新方法。

不规则重力场的小行星表面运动规划方法

使用3D点云扫描匹配进行自定位

研究人员Himangshu Kalita说:“与地球不同,小行星的重力较低,跳跃式越野车比较适合这种环境,因为它们可以在任意崎岖的地形上穿越很长的距离,耗费很少的能量,然而,小行星的不规则形状会导致高度不规则的重力场,这使得跳跃变得非常不确定。因此,需要一种可自主跳跃的架构,在执行任何跳跃之前提前计划。”

Kalita和他的同事Jekan Thanga设计的方法是计算拦截目标所需的速度,然后定位跳跃机器人。为此,研究人员采用了基于使用3-D激光扫描仪进行连续扫描匹配的姿势估计方法。

收集的信息随后用于计划跳跃机器人,机器人需要执行多次跳跃才能到达小行星上的所需位置,同时还要避开障碍物。

许多小行星富含资源,如水,碳化合物,铁和铂族金属。一些小行星也包含现有行星的遗骸,因此可以作为“时间胶囊”,提供这些行星的早期地质和地理历史的原始记录。探索这些小行星可以提供有关太阳系和它所包含的行星的起源的宝贵见解。在未来,Thanga和Kalita设计的方法可以为小行星表面的探索铺平道路。

Thanga说:“小行星的飞越和长距离观测让我们不足以确定小行星下面有什么。我们的方法需要对小行星的表面探测进行弹道跳跃。“


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