火星EDL过程动力学仿真平台

"进入、减速、着陆(Entry,Descent,Landing,EDL)"火星的过程是实现整个火星探测任务最为重要的阶段之一,着陆成功与否直接决定探测任务的成败。文章对火星探测器自身气动减速阶段、降落伞弹射拉直阶段、降落伞开伞充气阶段、降落伞全张满减速阶段等EDL关键过程分别建立探测器进入段六自由度动力学模型、降落伞理想拉直过程动力学模型、降落伞开伞充气过程动力学模型、物伞及弹性吊挂组合系统着陆过程动力学模型。并在此基础上研制相应的动力学仿真软件模块,将各模块按照EDL过程进行集成,实现模块间数据传递,形成火星EDL全过程动力学仿真系统。最后对"火星探路者"EDL过程进行了动力学仿真分析,校验了系统的有效性和可行性。该平台可用于火星EDL全过程动力学性能的分析与预测。     

火星进入器高超声速气动力/热研究综述

针对火星探测任务进入阶段复杂且特殊的气动力/热环境,总结了国际火星探测进入任务的历史沿革、发展动向和关键气动问题,综述了火星进入器地面风洞试验、飞行任务和高超声速气动力/热数值模拟的研究进展,提出了国内后续研究的重点方向,包括复杂气动问题建模和精细化模拟、风洞及相关试验研究、气动设计相关问题等,为我国未来火星进入器设计提供技术支持。     

火星环境对着陆探测任务的影响及设计考虑

火星着陆探测任务环节多、复杂度高、环境不确定性大,历史成功率低于50%。日前我国首次自主火星探测任务“天问一号”已取得圆满成功,在世界上首次一步实现“绕、落、巡”的火星探测。文章对火星着陆探测任务中考虑的火星环境要素及其量化条件的确定过程进行阐述,包括:探测器系统对环境条件的需求,基于此对火星空间环境、大气环境、表面环境各个要素的梳理分析,重点针对影响探测器进入、下降和着陆过程的环境条件进行量化,并确定偏差范围。实践证明以上设计为火星探测器着陆过程的控制和开伞等关键任务环节提供了重要的输入和约束,也为整个任务的圆满成功提供了有力保障。     

YH-1火星探测器设计及研制进展

介绍了中国首颗YH-1火星探测器的任务功能、组成和主要技术指标。给出了探测器设计中的火星探测超低温适应、深空探测自主姿态确定与控制、超远距离通信、休眠唤醒和剩磁控制等关键技术,以及相应的解决途径。试验和验证结果表明：YH-1火星探测器的设计满足火星探测特殊环境的任务要求。其设计和试验技术可直接用于我国其他深空探测项目,为后续深空探测积累了经验。     

火星探测器全任务期空间环境特征与防护要点

火星探测器任务期间依次经历近地环境、行星际环境和火星环境。文章分析了火星探测器从地球发射、地-火转移、火星环绕、直至着陆火星表面并进行巡视探测的任务全过程中的空间环境特征,并对比了火星探测器与地球卫星等面临的空间环境差异;结合火星探测器的任务特点,分析了探测器在不同任务阶段经历的电离总剂量、单粒子、内带电、太阳辐射、真空、火星大气与火星尘等空间环境剖面,提出了火星探测器的空间环境防护设计要点。     

工程光学监测技术在火星探测中的应用

在深空探测活动中,利用工程光学监测技术可以对探测器的工程状态进行直观、有效地监测,辅助地面系统确认探测器状态。利用监测相机对地球、月球、火星、小行星等天体进行成像,可有效提升公众对任务的认知度和参与度。结合国际深空探测任务,文章对"火星快车"、"好奇号"等火星探测活动中的工程监测任务及相机进行了分析,并对以"嫦娥二号"卫星为代表的中国深空探测活动中的工程监测子系统进行了探讨。围绕中国首次火星探测任务,进行工程监测任务设计,利用固定安装式、可分离式两种监测相机实现各监测任务,并对监测效果进行分析。文章的工作可应用于中国首次火星探测任务。     

美国新型载人火星探测技术方案

文章概括介绍了＂发现号＂宇宙飞船的布局结构。然后详细介绍了飞船用于火星探测的两种着陆舱的具体设计方案以及载人火星探测的任务剖面。最后分析了＂发现号＂宇宙飞船火星探测方案的关键可行技术和诸多设计优点。     

猎户座飞船电子系统设计特点分析与启示

2014年12月5日猎户座飞船成功完成"探测飞行试验"任务,标志着美国NASA为实现载人火星探测迈出了关键一步。文章从分析猎户座飞船电子系统入手,总结了其高度灵活、可扩展、高可靠的设计目标,介绍了系统采用的分布式系统架构的设计特点及最终的实现方案;梳理了容错计算机系统、时间触发以太网和分时分区操作系统等关键技术的工作原理,并通过与传统实现方式的对比,分析了上述技术在系统中的应用优势。最后提出了发展建议,可为我国后续开展火星探测任务提供参考。     

天问一号着陆巡视器进入舱GNC系统设计与实现

为了应对火星EDL过程的短时间、大测控时延、大冲击力学环境以及无高精度地图的特点,进入舱GNC系统开展了一系列高自主、强容错设计.全系统热备份、关键功能异构热备份的设计确保了对产品故障的自主诊断与快速处理;系统工作模式自主转换、关键模式转换多判据备份的策略提高了系统的容错能力;产品供电的自主抗冲击管理、触地开关的自主故...     

“天问一号”火星环绕器总体设计综述

"天问一号"火星环绕器实现了中国首次自主火星探测任务"绕"的目标,通过携带的遥感探测类载荷实现火星空间环境和表面环境的探测。文章通过与国外火星环绕探测器在探测目标、平台能力等方面的对比分析,介绍了"天问一号"火星环绕器的总体设计方案;同时,通过飞行过程的环境特点与任务剖面分析,给出了"天问一号"火星环绕器设计的技术难点与挑战。最后,进一步对技术特点进行了总结。     

火星EDL过程动力学建模与仿真

针对火星着陆器的进入、减速和着陆(EDL)过程的关键动力学问题,分别建立着陆器进入、降落伞拉直、充气和稳定着陆等各阶段的较精细的动力学模型,并构建初步的多学科集成分析框架。基于着陆器六自由度刚体模型,仿真研究火星进入弹道的动力学特性;采用过载上升段自适应控制开伞策略,确定降落伞的开伞条件;利用降落伞拉直充气经验模型以及九自由度物-伞多体系统模型,研究降落伞减速过程的动力学特性;采用面向对象设计语言,建立EDL多学科集成仿真框架,从而实现火星着陆器从进入点至着陆点EDL全过程的参数化建模。本文所建模型可有效预测火星EDL过程的运动特性,也可指导深空探测中EDL系统的分析设计。     

火星及其环境

火星环境类似于地球,而探索其生命存在是重大的科学任务。在火星探测中,对火星及其环境的了解与研究是重要的任务目标,事关探测任务的成功实施。文章对国外火星探测已发布的成果进行收集和整理,其中包含大量的相关数据。这些知识和数据是火星探测任务设计的输入条件,可为我国火星探测计划的制定提供参考依据。     

火星着陆器扶正展开动力学研究

火星着陆技术是实现对火星探测的关键技术。文章通过对四面体着陆器展开过程进行深入研究,提出了一种应用于四面体火星着陆器扶正展开的方法,并对该方法进行了详细的分析和计算;通过火星着陆器扶正展开动力学的分析,提出了扶正展开系统的动作策略,对实现扶正展开的姿态确认进行了分析和设计;基于Hamilton法建立了扶正展开着陆器的动力学模型,对多姿态下扶正展开执行器的动力学特性进行了分析,获得了扶正及展开过程中的力矩特性,从而可以对翻转动作进行定量的分析,实现翻转能量的最小化。该研究对于火星着陆器的设计具有参考意义。     

火星环绕探测器电源系统设计分析

针对火星环绕探测任务特点,从空间环境,飞行程序、轨道与姿态,负载需求,电源系统选型,能源自主管理,轻小型化设计6个方面对电源系统设计进行了分析;提出了一种适用于火星环绕探测器的高比能量、高比功率、高自主管理能力的电源系统设计分析方法,可为火星环绕探测器电源系统优化设计提供依据,也可为其他深空探测器电源系统设计提供一定的借鉴与参考。     

火星探测任务对环境模拟技术的需求展望

火星探测是深空探测的重点领域,任务特点决定了火星探测器发射前必须在地面进行各种验证试验。随着火星探测任务的持续深入开展将对环境模拟技术提出新的需求。文章在回顾了人类火星探测的历程之后,展望了未来火星探测任务的可能形式,分析了各种环境的地面模拟方法、试验技术所遇到的新挑战,并给出了建议。     

火星着陆自主导航与制导控制研究进展及趋势

正火星探测为人类了解宇宙演化规律、生命起源提供了宝贵平台。火星着陆过程一般包括进入、下降、着陆3个阶段,需要探测器在7min左右穿过火星大气层、打开降落伞与反推发动机,将下降速度迅速减至0。该过程历时短、速度快、机动程序复杂,常被称为"恐怖7min",是火星探测任务最为惊险的一环。采用先进的自主导航与制导控制技术是实现火星表面安全精确着陆的关键。本文结合对往火星探测任务,对着陆过程中导航与制导控制系统面临的主要技术难题进行分析,并分别对火星着陆进入点与着陆点的选取,自主导航、制导与控制技术的研究现状进行总结回顾。最后,面向未来火星探测任务需求,对自主着陆技术的发展趋势进行展望。     

核热推进载人火星探测方案设计

针对载人火星探测任务，结合我国现有技术基础，提出我国载人火星探测方案，重点研究载人火星探测任务推进系统的设计。首先，综合考虑载人深空探测任务的约束，采用Pork-Chop图设计了适用于不同任务场景的转移轨迹；然后，参考我国空间站技术，基于核热推进系统设计了我国载人火星探测任务的飞船；最后，对核热推进系统的发动机台数和推力进行了优化，得到了适用于不同任务场景的最优推进系统组合方案。本文所研究内容为我国未来载人火星探测任务提供了有益参考。     

行星着陆探测中的动力学与控制研究进展

着陆探测是获取行星特性和科学数据最直接、最有效的途径,也是目前技术难度最大、最为复杂的探测方式。在行星着陆探测过程中,动力学与控制是影响任务成败的关键因素之一。文章首先分析了行星着陆探测动力学与控制研究所面临的挑战与难题;然后,针对火星和小行星的着陆探测,重点分析了火星着陆进入段和下降段所涉及的动力学与控制,小行星附着探测动力学建模与制导控制的研究现状与关键问题;最后,提出了我国在行星着陆探测动力学与控制领域的未来重点发展方向。     

稳压CO2气体氛围火星环境模拟试验系统设计

火星表面低压和低温的大气条件意味着传统的热真空试验设备不能满足火星探测任务型号的地面模拟试验需求。为此,设计研制了以CO_2为气体氛围的火星环境模拟系统。采用气氮调温解决了罐体结露的问题,并采用移动压力控制系统保持在试验温度范围内CO_2气体状态和压力稳定。该系统已成功用于多个火星探测器型号部件产品的地面模拟试验,为火星探测任务开展提供了支持。     

火星着陆关键环节多学科交叉设计与验证

针对火星着陆任务在飞行环境、地面验证、系统间关联性等方面面临的技术挑战,根据火星着陆关键环节涉及的气动减速、降落伞减速、动力下降和着陆缓冲四个主要阶段,分别分析了大气进入方式、进入初始条件、气动外形、防热、开伞控制、大底弹射、背罩规避机动与触火关机等关键要素,并介绍了天问一号与其他典型火星着陆任务开展的多学科交叉设计过...