小型跳跃机器人可以研究小行星的重力

最近，针对太阳系小天体的任务不断增多。OSIRIS-Rex、Psyche和Rosetta都是计划或确实与太阳系中的小天体会合的项目的例子。但他们面临的最大挑战之一是了解这些天体的引力——当罗塞塔号着陆器菲莱号很难停留在预定彗星表面时，这一点尤其明显。科罗拉多大学博尔德分校和美国宇航局喷气推进实验室的研究人员提出的一个新想法可以帮助解决这个问题——通过弹跳小型探测器。

这个名为GravityPoppers的概念源于2020年NIAC的资助。这个想法很简单——将一堆探测器释放到一个小物体的表面，然后让它们定期跳下。当他们这样做时，跟踪他们。如果您知道它们跳下时的力量，并且可以在它们返回水面时跟踪它们，那么您可以比其他技术更准确地估计它们漂浮区域的重力。

科学家使用三种主要的替代技术来计算小天体的重力——雷达断层扫描、成像和重力测量。每个都有GravityPoppers可以克服的缺点。

雷达断层扫描利用无线电信号的反射来估计特定区域的重力情况。然而，要穿透小身体的更深处是很困难的。有些材料根本不反射电磁波，因此无法用这些材料来表征区域。

成像在地球上广泛使用。通过跟踪波在物体表面的运动，科学家可以估计物体周围区域的重力。然而，一些小天体，尤其是小行星，只是一堆碎石，没有内部连贯的结构。波在这样的环境中表现不佳。隼鸟二号访问的小行星“龙宫”吸收了撞击事件的能量，以至于航天器甚至无法辨别其表面特征的任何变化。

重力测量是三种技术中最简单的，并且需要航天器上的设备最少。这个小天体如何拉动绕其运行的航天器?当它经过不同区域时，重力会增加还是减少?然而，从远处测量重力并不容易，因为轨道往往相对较远。因此，该技术的准确度相对较低。

输入重力爆米花。轨道飞行器可以释放其中几十个——一篇详细介绍这个想法的论文发布在arXiv上建议释放20个。当它们降落在小行星、彗星或小卫星的表面时，它们偶尔会使用内力跳离表面，但是不足以打破重力的束缚。根据要研究的目标区域，他们可以以一定角度或垂直进行。

当它们飞离表面时，绕轨道运行的母舰会跟踪它们并计算它们的轨迹，然后可以用这些轨迹来计算它们飞过的区域的重力。然后，它们着陆、重置，并在轨道飞行器跟踪它们的情况下重复执行此操作。该团队研究了波普尔的两种结构：球形和立方体。他们选择了立方体，其中还嵌入了LED，可以产生光源轨道飞行器可以跟踪的

然而，这并不像跟踪光源那么简单，大量的系统动力学涉及到计算轨迹角度、波普跳跃的力量以及着陆位置。论文_还详细介绍了如何使用NASA开发的建模软件来模拟此类任务的实际运作。

不幸的是，这意味着目前还没有任何原型。截至目前，它也没有收到NIAC第二期资金。但这个想法非常独特和简单，只需一点点开发努力，工程师也许能够掌握这种新颖的方法来探索太阳系中一些最经济和科学上最有趣的世界。

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