摘要:了解火星卫星的内部结构(例如,均质、多孔或破碎)将有助于更好地理解它们的形成以及早期太阳系。推断内部结构的一种方法是通过大地测量特征,例如重力场和天平动。大地测量参数可以从辐射跟踪测量中得出。本研究提出了一种可行的母舰-立方体卫星任务,其目的如下:(1)进行卫星间多普勒测量,(2)提高对火卫一及其动态模型的理解,(3)确保母舰和主要任务的安全,(4)考虑到地球和火星之间的距离,支持自主导航。本研究分析了体积、质量、功率、部署∆v和链路的预算以及系统的多普勒测量噪声,并给出了立方体卫星的可行设计。通过考虑所有不确定性的蒙特卡罗估计模拟揭示了轨道确定和大地测量的准确性。在火星-火卫一系统星历误差为 0 至 2 公里的情况下,自主轨道确定的精度为 0.2 米至 21 米和 0.05 毫米/秒至 0.4 厘米/秒。即使在星历误差为 2 公里的情况下,大地测量系统也可以以 1‰ 的精度返回 2 级重力系数。所获得的重力系数和平动幅度协方差表明,区分内部结构系列具有极好的可能性。
MMX(火星卫星探测)是日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA)、法国国家空间研究中心 (CNES) 和德国航空航天中心 (DLR) 的机器人采样返回任务,计划于 2024 年发射。该任务旨在解答火卫一和火卫二的起源问题,这也有助于了解太阳系早期的物质运输,以及水是如何被带到地球的。除了负责采样和样品返回地球的 JAXA MMX 母舰外,CNES 和 DLR 还建造了一辆小型火星车,用于降落在火卫一上进行现场测量,类似于龙宫上的 MASCOT(移动小行星表面侦察车)。MMX 火星车是一个四轮驱动的自主系统,尺寸为 41 厘米 x 37 厘米 x 30 厘米,重约 25 公斤。火星车车身上集成了多种科学仪器和摄像机。火星车车身呈矩形盒状。侧面连接着四条腿,每条腿上有一个轮子。当火星车与母舰分离时,腿会折叠在一起,放在火星车车身的侧面。当火星车被动着陆(没有降落伞或制动火箭)在火卫一上时,腿会自动移动,使火星车保持直立状态。火卫一的一个白天相当于 7.65 个地球小时,在为期三个月的总任务时间内,会产生大约 300 个极端温度循环。这些循环和昼夜之间较大的表面温度跨度是火星车的主要设计驱动因素。本文详细介绍了 MMX 火星车运动子系统的开发