通过跳跃式人造探测器的光学跟踪估算小天体引力场

尽管已有众多成功的小天体探测任务，此类目标的引力场迄今仍鲜被刻画。引力估算可用于推断小天体的内部结构与成分，因此在行星科学、行星防御与原位资源利用等领域具有重要意义。当前小天体上的重力测量技术主要依赖对航天器轨道运动的跟踪，其引力可观测性较低。迄今仅能分辨小天体引力场的低阶球谐系数。本文评估了一种新型任务架构的重力测量性能：人造探测器在小天体表面反复跳跃并进行低高度亚轨道弧段飞行。此类探测器由母船机载相机通过光学测量跟踪，并执行轨道确定以估算探测器轨迹、小天体旋转运动学及引力场。探测器的亚轨道运动在低高度处提供密集观测，而此处引力信号更强。我们评估了观测参数与任务时长对引力可观测性的影响。结果表明，对于质量与贝努（Bennu）小行星相同的小天体，其引力球谐系数可在数月观测内至少分辨至 40 阶。测量精度与频率是实现高性能重力测量的关键。