印度成功发射火星轨道器

2013年11月5日,印度用极轨卫星运载火箭-XL（PSLV-XL）从印度南部斯里哈里科塔（Sriharikota）发射场成功发射“火星轨道器任务”（MOM）探测器。运载火箭点火升空后,探测器成功与火箭分离,进入绕地球运行轨道,目前飞行情况正常。该探测器已于12月1日进入地火转移轨道。
　　“火星轨道器任务”也被称为“火星探测器”（Mangalyaan）,音译为“曼加里安”,是印度首次火星探测任务,由印度空间研究组织（ISRO）负责,总成本约为45.4亿卢比（约4.5亿元人民币）。     

天问一号探测器进入环火轨道

正2021年2月10日,我国首个火星探测器天问一号终于飞抵火星,并成功实施捕获制动,精准进入环火轨道,正式开启了环绕火星阶段的探测任务。2020年7月23日,天问一号探测器在文昌航天发射场成功发射,由长征五号运载火箭直接送入地火转移轨道。历经202天的太空航行,天问一号抵达火星时飞行里程约4.75×10~8km,距离地球约1.92×10~8km,器地通信单向时延约10.7min,各系统状态良好。     

2013年世界空间探测回顾

2013年,美国、印度、中国先后发射了各自的空间探测器。美国先后把“月球大气与尘埃环境探测器”（LADEE）、“火星大气与挥发物演变”（MAVEN）探测器送上太空,用于探测月球和火星上的气体;印度第一个火星探测器“曼加里安”（Mangalyaan）经过一番周折已进入地火转移轨道,其目的是成为亚洲第一个成功探测火星的国家;中国嫦娥-3任务取得圆满成功,从而成为世界上第一个同时开展就位探测、巡视探测的国家,以及第二个掌握无人月球探测车技术的国家。     

无人火星取样返回任务关键环节分析

无人火星取样返回探测在科学成果获取和工程能力提升方面均具有重要意义,与国外已经多次实现的火星着陆巡视任务相比,其任务周期更长,技术风险更高。取样返回飞行方式决定了任务的系统顶层设计。通过对国外研究成果的对比论证,认为应当在火星轨道附近完成交会捕获与样品转移任务,因此需要采用2个不同功能探测器:一个完成火星捕获、样品转移收纳与火地返回;另一个完成火星大气进入、表面上升与样品投送。在此基础上对大气进入、起飞上升、火星轨道交会捕获、样品转移、地球再入等关键环节进行任务分析,论证主要技术难点和初步的可实现途径。     

火星探测接近段的光学自主导航研究

目前光学自主导航技术已成为深空探测计划中的重点研究对象. 已有研究, 多侧重于光学自主导航技术在深空探测巡航段或是对小行星探测接近段中的应用, 而关于大行星探测接近段光学自主导航技术的研究比较少. 结合中国即将开展的火星探测计划, 研究了探测器在火星探测接近段中利用火星进行光学自主导航的整个过程, 提出了适用于接近段的动力学模型、光学观测模型及自主导航滤波算法. 通过对自主导航系统的可观测性分析, 证明了仅利用火星光学信息进行自主导航的可行性. 仿真计算结果表明, 在接近段, 整个光学自主导航的持续时间约为40h. 在自主导航的最后5h内, 滤波结果稳定, 探测器的总体位置误差在40km以内, 速度误差在0.25m·s-1以内. 计算结果的精度满足实际任务需求, 对中国火星探测计划具有直接的参考价值.      

天问一号火星离子与中性粒子分析仪发布首个科学成果

天问一号环绕器有效载荷火星离子和中性原子分析仪(Mars Ion and Neutral Particle Analyzer, MINPA)用于探测行星际及火星空间环境中的离子和能量中性原子.在地火转移阶段,MINPA于2020年10月31日正式开机工作,获得了至2021年1月26日期间的太阳风监测数据.进入环火轨道后...     

火星探测器行星际转移段定轨精度评估

天问一号是中国第一次实现地火转移行星际飞行的探测器，在长达202天的行星际转移飞行期间，共经历了4次中途修正及1次深空机动控制，在2021年2月10日成功进行了近火制动，被火星捕获而进入环火轨道。本文对探测器行星际转移期间的动力学模型进行了分析，制定了转移飞行期间定轨积分中心转换原则：在探测器飞出地球影响球后，定轨积分中心需要由地心更换为日心；对不同版本行星星历表的使用进行了分析，确定了使用DE436行星历表进行计算对定轨影响最小。根据探测器行星际转移飞行的特点，制定了一种基于逐日迭代定轨策略的精度评估方法。基于实测数据分析，验证了该方法的有效性，火星探测器行星际转移期间定轨位置误差优于2 km，速度误差优于20 mm·s^–1 (1σ)。     

2014年世界空间探测回顾

<正>2014年的世界空间探测活动呈现出蓬勃发展的局面。飞行了10年的欧洲航天局(ESA)"罗塞塔"(Rosetta)于2014年8月进入预定的67P/丘尤穆夫-杰拉西门克彗星(67P/Churyumov-Gerasimenko,简称67P彗星)轨道,于11月在世界上首次向该彗星的彗核释放了着陆器"菲莱"(Philae),并发回重要数据,产生了巨大影响。美国"火星大气与挥发物演变"(MAVEN)探测器和印度首个火星探测器"曼加里安"(Mangalyaan)于9月先后进入火星轨道,创造了多个首次。我国在10月成功发射了探月工程三期再入返回飞行试验器(简称试验     

2020中美阿火星探测任务分析

2020年为火星探测大年,各国相继赶在发射窗口发射自己的火星探测器,截止目前成功赶上发射窗口的国家,按时间先后分别为阿联酋、中国和美国。本文给出了2020年火星探测发射和到达窗口的“猪排”能量图,在有效载荷、发射窗口、运载火箭、地火转移轨道、火星俘获及着陆、通信等方面,对三个国家发射的探测器进行了对比分析,并给出此次火星探测各环节的相关参数。     

航天器微流星体及空间碎片环境与风险分析

微流星体及空间碎片的高速撞击威胁着长寿命、大尺寸航天器的安全运行 ,导致其严重的损伤和灾难性的失效。文章对低地球轨道微流星体及空间碎片环境进行了分析 ,给出了微流星体及空间碎片对航天器威胁方向的确定方法 ,得到了空间碎片撞击航天器相对撞击角的概率分布以及地球对微流星体遮挡的影响。编制了风险分析软件 ,以采用单防护屏防护结构的柱状低地球轨道航天器为例进行风险分析。     

火星探测器轨道运动建模的时空基准转换研究

火星探测的理论研究和工程实践需要一套便于描述火星探测器轨道运动的时空基准转换体系,环火星轨道的探测任务期间需要给出探测器以火星为基准的运动信息,而地面测控只能获得探测器以地球为基准的运动信息。为此,文章定义了一套新的以火星为基准的坐标系以及过渡到以地球为基准的坐标系,并给出了各坐标系转换的求解方法。最后,对以文中所提出的时空转换基准为基础建立的火星探测器轨道运动模型进行数值仿真,并将计算结果同STK进行了比较,验证了该时空转换体系的正确性。     

有大气行星悬飞探测初步设想与可行性探讨

提出了一种有大气地外行星悬飞探测方式,该探测方式是利用被探测天体存在大气的环境特点,实现探测器在被测天体的"飞行"机动,克服目前已有的环绕探测、着陆探测、巡视探测和采样返回探测四类无人深空探测方式受地形、地貌约束无法实现大范围机动就位探测的不足。提出了悬飞探测器的典型任务工作模式设想,建立了悬飞探测器的六自由度动力学模型,并针对太阳系内典型的有大气行星环境(火星和土卫六)特点,给出了悬飞探测器的动力学特性并开展了仿真分析。在此基础上,首次提出了悬飞探测器的可行性约束系数,为悬飞探测器在深空探测的可行性研究提供了理论依据。     

长征运载火箭发射地火直接转移轨道研究

针对发射场射向范围和低温入轨级在停泊轨道上最长允许滑行时间严格受限下，工程设计火星探测任务发射轨道时，优化保障2~3周发射日期窗口的困难，以及精确设计拼接探测器分离点时刻轨道6根数耗时周期长等问题，提出了加入滑行时间限制再精确双向微分修正的设计算法（有别于传统B平面矢量法）。由地球影响球边界速度直接解出长征运载火箭入轨点轨道根数，将火箭飞行星下点弧段表示成滑行时间的分析式，快速找到满足诸多设计约束的初始发射轨道；并解决了考虑探测器小幅深空机动后火箭发射轨道的深入优化问题。精确力学模型下数值微分改进后，获得高精度计算结果，同等可比条件下运算精度不低于STK软件。实现了从地面起飞到抵达近火点的飞行轨道整体优化，确保了首次探火工程的顺利实施。      

火星信道衰落特性对通信链路预算的影响

对火星星体段的信道衰落特性进行研究.通过对近火段自然环境因素的分析,提取影响火星通信性能的因素,重点分析火星的大气、云雾、沙尘对通信信道的衰落作用机理;并以NASA实际火星探测任务为例,针对以上衰落因素对UHF,S,X和Ka频段下的通信链路影响情况进行仿真;结合实际探测数据对地球通信链路预算模型进行修正,提出一种适用于火星通信链路预算的模型;明确火星大气衰落、云雾衰落、沙尘衰落的取值范围.研究结果可作为火星及其他深空探测任务的通信系统设计与链路复核复算的参考.      

火星表面风沙物理过程及沙尘暴的起动风速

通过建立风吹动地表沙粒运动的模型并根据大气湍流边界层风速廓线规律,计算了火星上沙尘暴的起动风速和沙尘暴发生时空中悬浮沙尘粒径的大小,并对沙粒从地面跳起进入气流的方式进行了验证.发现当大气为中性层结时,火星沙尘暴的起动需要离地面2m高处的风速达到28.7m·s-1.在起动临界风速下,地表沙粒需要滚动一个粒径的距离才能跳起,沙尘暴发生后,火星大气中悬浮沙尘的粒径小于30μm.      

高速太阳风条件下日侧磁层顶磁通量传输事件的全球磁流体力学模拟结果

利用全球磁流体力学模拟,研究了高速太阳风条件下日侧磁层顶的磁通量传输事件（FTE）发生率的空间分布.从模拟结果中得到了FTE信号,并且这些FTE信号的特征与观测结果基本一致.磁层顶上的10个取样点共观测到39个FTE信号.统计分析表明,越靠近翼侧则观测到的FTE信号越少.这一现象可能是磁鞘中太阳风速度分布差异导致的.      

太阳系天体引力对空间引力波探测日心编队构型的影响分析

针对太极空间引力波探测任务,建立了太阳系天体引力摄动对日心编队构型影响的数学模型,利用仿真手段分析了太阳系中行星和月球、矮行星和小行星引力摄动对空间引力波探测日心编队构型的影响,提出了一种综合考虑小行星到卫星轨道距离和星等的二重筛选方法,能够快速估计小行星相对加速度的上界.分析了日心编队构型卫星初始相位角变化对太阳系天体引力摄动的影响.仿真结果表明,在行星和月球中,地球、金星和木星引力对空间引力波探测编队构型影响较大,行星和月球的引力叠加影响达到-2.78×10-11km·-2.矮行星的引力叠加影响不大于1.25×10-17km·-2,小行星引力的叠加影响不大于1.1180×10-15km·-2.另外,编队卫星受到的太阳系天体引力摄动对编队构型卫星初始相位角的变化不敏感.      

Thermal protection system development,testing, and qualification for atmospheric probes and sample return missions: Examples for Saturn,Titan and Stardust-type sample return

The science community has continued to be interested in planetary entry probes, aerocapture, and sample return missions to improve our understanding of the Solar System. As in the case of the Galileo entry probe, such missions are critical to the understanding not only of the individual planets, but also to further knowledge regarding the formation of the Solar System. It is believed that Saturn probes to depths corresponding to 10 bars will be sufficient to provide the desired data on its atmospheric composition. An aerocapture mission would enable delivery of a satellite to provide insight into how gravitational forces cause dynamic changes in Saturn’s ring structure that are akin to the evolution of protoplanetary accretion disks. Heating rates for the “shallow” Saturn probes, Saturn aerocapture, and sample Earth return missions with higher re-entry speeds (13–15 km/s) from Mars, Venus, comets, and asteroids are in the range of 1–6 KW/cm². New, mid-density thermal protection system (TPS) materials for such probes can be mission enabling for mass efficiency and also for use on smaller vehicles enabled by advancements in scientific instrumentation. Past consideration of new Jovian multiprobe missions has been considered problematic without the Giant Planet arcjet facility that was used to qualify carbon phenolic for the Galileo probe. This paper describes emerging TPS technologies and the proposed use of an affordable, small 5 MW arcjet that can be used for TPS development, in test gases appropriate for future planetary probe and aerocapture applications. Emerging TPS technologies of interest include new versions of the Apollo Avcoat material and a densified variant of Phenolic Impregnated Carbon Ablator (PICA). Application of these and other TPS materials and the use of other facilities for development and qualification of TPS for Saturn, Titan, and Sample Return missions of the Stardust class with entry speeds from 6.0 to 28.6 km/s are discussed.     

Planetary Protection Policy (U.S.A.).

Through existing treaty obligations of the United States, NASA is committed to exploring space while avoiding biological contamination of the planets, and to the protection of the Earth against harm from materials returned from space. Because of the similarities between Mars and Earth, plans for the exploration of Mars evoke discussions of these Planetary Protection issues. US Planetary Protection Policy will be focused on the preservation of these goals in an arena that will change with the growth of scientific knowledge about the martian environment. Early opportunities to gain the appropriate data will be used to guide later policy implementation. Because human presence on Mars will result in the end of Earth's separation from the martian environment, it is expected that precursor robotic missions will address critical planetary protection concerns before humans arrive.     

火星进入的气动力特性预测模型分析

火星大气环境对飞行器进入带来了新的挑战,气动力预测是首先需要解决的问题.针对火星探测器的高超声速进入问题,利用三维并行程序求解流体力学Navier-Stokes方程,分别考虑真实气体模型和完全气体模型,分析模型及参数对气动力特性预测的影响,旨在得到准确、高效和可靠的火星进入器气动力特性预测模型.采用真实气体模型对海盗号进行了沿飞行轨道的数值模拟,气动力特性预测结果与飞行数据一致,验证了火星大气热化学模型及数值方法.分别采用真实气体模型和完全气体模型对海盗号升力式进入和探路者号零攻角进入进行了气动力特性预测,结果表明采用等效比热比的完全气体模型的预测值非常接近真实气体模型,偏差均在1%左右,配平攻角相差约0.4°,来流比热比模型的气动力特性预测值偏差很大.火星进入器的气动力预测建议采用真实气体模型和等效比热比完全气体模型.