Milani

Milani 使命 - IRIS Re.Public@polimi.it

引言 太阳系中的小天体代表着当今太空探索的前沿。 各种任务例如罗塞塔号 [ 1 ]、隼鸟 1 号 [ 2 ] 和隼鸟 2 号 [ 3 ] 以及奥西里斯-雷克斯 [ 4 ] 都已向这些目标发射，而其他任务也计划在未来执行 [ 5, 6 ]。 当到达小天体附近时，深空立方体卫星具有多样化和补充大型航天器任务的优势 [ 7 ]。 事实上，一旦主航天器到达目标，它们就可以被用作机会性有效载荷，部署在现场。 NASA 和 ESA 之间的 AIDA (小行星撞击和偏转评估) 合作就是一个例子，旨在研究和描述与 Didymos 小行星系统的撞击 [ 8 ]。作为此次合作的一部分，NASA 发射了 DART（双小行星重定向测试）动能撞击器航天器 [9]，LICIACube 将于 2022 年秋季对其与次级小行星 Didymos 的撞击进行观测和表征 [10]。作为此次合作的一部分，ESA 将于 2024 年 10 月发射 Hera 任务 [6]，同时发射两颗深空立方体卫星，分别是 Juventas [11] 和 Milani [12-14]，以研究和表征该系统。2027 年 1 月 Hera 抵达后不久，在 20 到 30 公里的距离之间将进行早期表征阶段，旨在确定天体的形状和重力场。随后将在约 10-20 公里的距离处进行详细表征阶段。在此阶段，两颗立方体卫星将从 Hera 母舰上释放，增强任务的科学回报。 Juventas 将配备单基地低频雷达和加速度计，而 Milani 将携带 ASPECT [ 15 ] 可见光和近红外成像光谱仪以及 VISTA 热重仪 [16]，以表征小行星周围的尘埃环境。自主光学导航 (OpNav) 是现在和未来探索任务的一项使能技术。这种技术利用图像处理 (IP) 方法提取一组光学可观测量，用于生成具有相关不确定性的状态估计。这种估计通常通过滤波获得，滤波将来自动力学的信息与观察模型相结合，以实现比单独应用 IP 高得多的精度。由于可以使用低成本和低质量的传感器在机载以低成本生成图像，因此 OpNav 的机载应用越来越受到关注。这对于立方体卫星任务尤其重要，因为立方体卫星任务通常在质量和功率方面受到严格限制。在接近小型飞机的情况下，可以利用 OpNav 通过允许自主操作和解锁执行关键操作的能力来降低运营成本。通过将 OpNav 功能与制导和控制算法相链接，在不久的将来，可以预见自主 GNC 系统将出现在自主探索任务中，届时将减少或完全消除人类在环。在这项工作中，我们首次介绍了 Milani 任务基于 OpNav 的 GNC 系统的主要特征，以及任务状态的最新概述。本文的其余部分组织如下。第二部分提供了 Milani 任务的一般概述。第三部分详细介绍了 Milani 的 GNC 系统。从第三部分 A 中的 IP 开始，然后是第三部分 B 中的导航和第三部分 C 中的制导和控制。最后介绍 Milani 的 GNC，简要概述了该系统的初步设计