美国火星表面探测使命述评（下）

从1975年8月发射（1976年7月着陆火星）的海盗-1探测器以来,美国已成功执行了6次火星表面探测使命,即海盗-1与海盗-2轨道器/着陆器,＂火星探路者＂（MPF）着陆器/巡游车,＂勇气＂与＂机遇＂火星探测巡游车（MER）,以及＂凤凰＂着陆器;而推迟到2011年发射的火星科学实验室（MSL）将火星着陆技术与表面巡游车技术推向一个新的高度。从＂海盗＂着陆器到MSL＂好奇心＂巡游车、美国历经三种火星着陆系统与三代火星表面巡游车技术的发展。三种着陆系统为着陆腿着陆系统（＂海盗＂与＂凤凰＂）,气囊着陆系统（MPF与MER）,以及空中吊机着陆系统（MSL）。三代巡游车为MPF＂旅居者＂巡游车、MER＂勇气＂与＂机遇＂巡游车,以及MSL＂好奇心＂巡游车。现在,美国在火星进入、降落与着陆（EDL）运作与表面避障移动方面,已达到技术成熟与先进的水平,满足安全着陆与表面移动探测的要求。文章阐述美国上述七项火星表面探测使命的立项背景、科学目标与有效载荷、飞行系统组成,以及飞行运作程序;分析美国火星着陆技术与表面巡游车技术的发展。     

2008年世界深空探测获得丰硕成果（中）

（二）美国行星探测收获重要成果,欧日水星探测正式启动 1．美国凤凰号火星探测器在火星极区成功着陆,并确认火星表面下存在水冰 2008年5月25日,美国凤凰号火星探测器在火星成功着陆。着陆位置是位于火星北纬65度和75度之间北极区附近一处称为“绿谷”的广阔浅谷。     

火星的岩石地貌

火星的大气层是否发生过变化？ 40亿年前,火星的大气层比现在厚。从火星的地貌判断,那些类似河床的遗迹（如右图所示）证明火星上曾有河流。2004年,美国航宇局发射了两个火星漫游车＂勇气＂号和＂机遇＂号。这两个＂双胞胎＂火星车分别着陆火星,并在火星表面旅行和拍照,勘测了大量的火星岩石和土壤化学成分,找到了火星大气层变化的证据。     

火星精确着陆制导问题分析与展望

美国火星科学实验室(MSL)任务成功将“好奇”号火星车着陆到火星表面,开创了火星精确着陆探测的新局面。以MSL着陆任务为典型代表,分析了目前火星着陆探测进入、下降和着陆（Entry, Descent and Landing, EDL）过程的制导方案及制导系统的发展趋势。以在火星高海拔、复杂地形区域定点着陆为潜在工程目标,归纳了火星EDL过程面临的制导主要问题。根据未来制导系统自主性和自适应性的技术需求及潜在工程任务制导面临的问题,提出了火星EDL制导方面需要解决的关键技术,并对其在未来工程中的应用潜力进行了展望。     

发射短讯

美国的“火星科学实验室”升空 据美国国家航空航天局网站2011年11月26日报道,北京时间2011年11月26日,在美国卡纳维拉尔角空军地面站,用宇宙神-5火箭成功发射了美国的“火星科学实验室”（MSL）,它是NASA旗舰级的行星探测项目,其上装载了一辆汽车大小的火星漫游车——好奇心号（见封二）。“火星科学实验室”项目肩负探究火星多项关键问题的任务,将率先使用精确着陆技术,通过空中起重机把好奇心号放置在“盖尔”环形山附近。好奇心号抵达火星的时间预计是2012年8月6日。     

“凤凰号”火星探测器着陆过程

文章主要介绍了＂凤凰号＂火星着陆器的着陆过程、着陆点选择方法原则、巡航阶段工作任务,对进入（Entry）、下降（Descent）和着陆（Landing）即EDL阶段的蒙特卡罗分析结果和飞行器重建数值结果进行了总结比较。并对＂凤凰号＂相关的经验和教训进行了比较总结,这对中国未来的火星探测以及其他深空探测具有一定的借鉴作用。     

火星探测器“进入、下降、着陆”过程的供配电方案综述

对国外成功着陆火星的"火星探路者"(MPF)、"火星探测巡视器"(MER)、凤凰号(Phoenix)和"火星科学实验室"(MSL)的供配电技术进行总结;着重分析探测器在"进入、下降、着陆"(EDL)过程中对电源的电池容量、放电电流、工作时间、环境温度及储存时间等方面的要求及解决方案;提出了火星探测器EDL过程中供配电设计在电池类型、器间供电接口、比能量、放电倍率、能量裕度和寿命方面要注意的重点。     

好奇号火星漫游车将采用全新着陆技术

据报道：美国国家航空航天局（NASA）将在2012年火星探测任务中,尝试用一种全新的技术使最大的漫游车降落在火星表面,目前喷气推进实验室（JPL）和肯尼迪航天中心的工作人员正在为宇宙神-5（Atlas V）火箭向火星发射火星科学实验室（MSL）做最后阶段的准备。     

美发射“火星侦察轨道器”

美国航宇局8月12日使用宇宙神5运载火箭在卡纳维拉尔角发射了“火星侦察轨道器”（MRO）。项目首席科学家加文把该轨道器称为“科学搜索引擎”和行星监视器，而喷推实验室项目科学家朱瑞克则称之为气象卫星、地质勘探器和未来探测任务和侦察兵。MRO将为今年5年内要发射的两个着陆器打前站，为其确定潜在着陆区域。“凤凰”着陆器定于2007年发射，将着陆在火星极区，     

美新火星车可能推迟发射

因大气进入防热罩设计上的问题,美国定于2009年发射的“火星科学实验室”（MSL）漫游车可能推迟发射。该项任务费用已达18亿美元,超出原先预算1.65亿美元,而新防护罩将需再花3000万美元。该探测器采用新式着陆技术,并由小型核反应堆供电,使其能在火星表面上更快地行进和携带更大的有效载荷。     

国外深空探测器着陆缓冲系统的特点和应用

主要介绍国外月球和行星探测器的着陆缓冲系统的特点与应用。着陆缓冲系统的基本类型包括软着陆机构、气囊缓冲装置和空中悬吊机结构。其中：软着陆机构由着陆架（腿）、缓冲器和展开锁定机构组成,具有质量较大,结构较简单、可靠的特点,在美国“勘测者”、“阿波罗”、“梦神”和苏联月球号等着陆器中得到了应用;气囊缓冲装置由气体发生器、气囊组件,以及缩回与展开机构组成,具有质量小、包装容积小和着陆稳定性好的特点,在美国“火星探路者”、“火星探测巡视器”,苏联早期月球号着陆器,以及欧洲“贝皮一哥伦布”水星探测器中得到了应用;空中悬吊机结构由空中悬吊机及其推进系统等组成,具有着陆速度低、冲击小和安全可靠的特点,在美国“火星科学实验室”的好奇心号巡视器上得到了应用。     

好奇心号巡视器及其特点分析

"火星科学实验室"(Mars Science Laboratory,MSL)是NASA于2011年11月26日发射的火星探测器,其上的好奇心号(Curiosity)巡视器已经于2012年8月6日着陆火星;其主要科学目标包括研究火星存在生命的可能性、火星气候特征、火星地质过程,并为将来的载人着陆作准备;经过多次论证,其着陆区为盖尔撞击坑(Gale Crater)。与过去的火星巡视器相比,它携带了更加先进的科学仪器,能够精确分析采集样品的化学成分、光谱特征等;在科学工作小组的指导下,其运行模式包括行走、勘查、接近目标、接触目标与样品分析;通过上述工作,"火星科学实验室"将对火星生命及可居住性进行全面探测。     

Survival of Bacillus subtilis endospores on ultraviolet-irradiated rover wheels and Mars regolith under simulated Martian conditions

Endospores of Bacillus subtilis HA101 were applied to a simulated Mars Exploration Rover (MER) wheel and exposed to Mars-normal UV irradiation for 1, 3, or 6 h. The experiment was designed to simulate a contaminated rover wheel sitting on its landing platform before rolling off onto the martian terrain, as was encountered during the Spirit and Opportunity missions. When exposed to 1 h of Mars UV, a reduction of 81% of viable endospores was observed compared to the non-UV irradiated controls. When exposed for 3 or 6 h, reductions of 94.6% and 96.6%, respectively, were observed compared to controls. In a second experiment, the contaminated rover wheel was rolled over a bed of heat-sterilized Mars analog soil; then the analog soil was exposed to full martian conditions of UV irradiation, low pressure (6.9 mbar), low temperature (-10°C), and an anaerobic CO(2) martian atmosphere for 24 h to determine whether endospores of B. subtilis on the contaminated rover wheel could be transferred to the surface of the analog soil and survive martian conditions. The experiment simulated conditions in which a rover wheel might come into contact with martian regolith immediately after landing, such as is designed for the upcoming Mars Science Laboratory (MSL) rover. The contaminated rover wheel transferred viable endospores of B. subtilis to the Mars analog soil, as demonstrated by 31.7% of samples showing positive growth. However, when contaminated soil samples were exposed to full martian conditions for 24 h, only 16.7% of samples exhibited positive growth-a 50% reduction in the number of soil samples positive for the transferred viable endospores.     

一种三元结构的火星采样返回任务方案分析

介绍了目前国外提出的一种三元结构的火星采样返回任务方案,整个方案分3次发射,分别发射漫游车、着陆器和轨道器,每次发射间隔为4年,最终目的是将火星样品带回地球。该方案的优势在于,通过3次发射分别完成漫游车巡视勘察、着陆器现场探测、轨道器数据中继和在轨探测,最终综合完成火星采样返回,能够极大地缓解项目进度和资金压力,充分利用每次发射窗口分步骤完成探测任务。文章重点对方案涉及的关键技术进行了分析,包括样品获取与封装、行星保护、精准着陆、漫游车的危险规避能力和移动性、火星上升器、交会与样品捕获、地球再入器技术等;对方案的前景和优势进行了探讨,并给出几点启示,如精准着陆或成为今后行星探测着陆方式的新趋势,火星采样返回任务将是人类火星探测的里程碑,今后的深空探测任务趋向国际合作模式等。     

“火星科学实验室”EDL方案及其新技术分析

"火星科学实验室"进入、下降与着陆(EDL)技术代表了目前已步入应用阶段的火星探测的最新技术。在分析该方案基础上,对其所应用的升力式进入及进入制导控制技术、基于马赫数的开伞控制技术、"矢量点乘"控制的防热罩分离技术、基于"空中吊车"的动力下降与着陆缓冲技术和"空中吊车"飞离控制技术等进行了分析,可为火星探测研究提供一定的借鉴和参考。     

月/火探测软着陆制导技术发展综述

面向未来复杂区域精确软着陆需求，对月/火探测任务软着陆制导技术进行了综述。首先回顾了目前已开展的月/火探测任务，分析了探测任务的发展趋势；其次就软着陆技术的发展进行了归纳整理，给出了发展趋势分析及难点浅析；最后对月/火探测任务进行了总结及展望。通过本文的研究，以期为软着陆制导技术方向发展提供一定参考。