用于小行星与小型天体表面采矿的斗轮控制

近地小行星（NEAs）被认为蕴含丰富资源，包括水、铁、钛、镍、铂和硅酸盐。未来能够通过原位资源利用（ISRU）开发这些资源的太空任务，将在航程、有效载荷能力和任务灵活性方面获得显著收益。与月球或火星相比，某些小行星上的毫重力仅需极少能量即可挖掘并获取地表之下的水合风化层。然而，小行星和小型天体因其低重力，在着陆、表面挖掘和资源捕获方面构成重大挑战。这些挑战导致了“触碰即走”技术的采用，如即将开展的 Osiris-rex 采样返回任务。先前的小行星挖掘工作集中于离散捕获事件（采样技术的延伸）或整星捕获与处理。本文分析了用于小行星或小型天体挖掘的斗轮设计的控制。我们的研究聚焦于附着于悬停航天器的两个反向旋转斗轮的系统设计。风化层被挖掘并加热至1000 C以提取水。水随后被电解以产生用于火箭燃料的氢和氧。我们分析了最大化斗轮在小行星表面牵引力并最小化表面脱离的控制技术，以及深入小行星表面挖掘的方法。我们的研究结合了分析模型、仿真与硬件测试。为初步评估材料-航天器动力学与力学，我们假设月球类似风化层具有体积密度、颗粒尺寸和黏聚力。我们的早期研究指向了一条有前景的路径，以完善该技术用于未来太空任务演示。