暗物质粒子探测卫星的集中式载荷管理系统

暗物质粒子探测卫星有效载荷由4种探测器组成,探测器的电子学前端共有28台设备.针对载荷设备数量多、接口复杂的特点,设计了一种通过载荷数管系统进行集中式载荷管理的方案,实现对探测器电子学前端的遥测、遥控、数据采集和二次电源供配电.同时,载荷数管系统具有大容量数据存储和高速数据复接功能,可分区存储科学数据和工程参数,在进入地面接收站时,将存储的科学数据和工程参数组成符合CCSDS协议的传输帧,经RS编码和加扰后发送给数传发射机.解决了突发式、多信源科学数据采集、存储,探测器在轨自主探测管理,大功率、低噪声二次电源配电等关键技术.该系统经过了在轨考核验证,结果表明控制和信息体系合理,自主探测管理和健康管理措施有效.      

以载荷为中心的暗物质探测卫星机电热一体化设计

暗物质粒子探测卫星是中国第一颗空间高能探测卫星,用于实现5GeV~10TeV大动态范围高能宇宙线（电子、正电子、伽马射线等）能谱测量.卫星有效载荷包括BGO量能器、硅阵列探测器、塑闪阵列探测器和中子探测器,是目前中国发射的载荷比最大的卫星.本文介绍了卫星相关技术方案,包括技术指标、轨道方案、工作模式及系统组成等,突出了其以载荷为中心的机电热一体化设计特点.      

基于在轨组装维护的模块化深空探测器技术进展与应用研究

在轨组装与维护是航天器在轨服务技术的基本内容,而模块化设计则是实现航天器在轨组装与维护的一项主要支撑技术。调研总结了国外深空探测领域模块化航天器设计以及在轨组装与在轨维护实施的技术进展,主要包括模块化地外行星着陆探测器、大型在轨组装深空探测器、布置于SEL2(Sun-Earth Libration 2)等轨道的超大型在轨组装空间望远镜系统等,分析了深空探测器领域应用模块化设计实现在轨组装与维护的关键技术要素。针对深空探测航天器长寿命、高可靠、特殊推进系统及其设备配套等技术特点与需求,提出一种应用在轨组装与维护技术的火星多任务探测器系统设想,介绍了探测器系统的任务架构、基本组成、轨道策略等,为我国深空探测技术发展以及新型深空探测器研制提供参考。     

星载有效载荷自主探测管理方案设计与实现

星载有效载荷在轨探测时需要在多种模式之间不断进行切换, 以便获得探测器 的最优工作状态. 每种模式切换时需要对有效载荷28个电子学前端电路、中子 采集与处理电路、触发单元电路、高压供电机箱及载荷数管进行多种工作状态 参数的配置. 为有效开展有效载荷探测工作, 提高有效载荷探测模式转换的灵 活性及降低模式切换时参数配置的复杂度, 对星载有效载荷在轨自主探测管理 技术进行研究, 并对探测器有效载荷的工作模式进行分析, 给出由地面规划 专家和星上自主探测执行机构相结合的基于事件驱动的有效载荷自主探测方案 设计和软件实现情况, 同时对自主探测中的可靠性措施进行了分析, 实现探测 器全天候、全时段、灵巧探测的功能, 并减少了对地面遥控注入的依赖.      

萤火一号深空测控设备

深空测控通信是实施深空探测的关键技术, 萤火一号探测器是中国第一个深空探测器. 本文介绍了深空测控通信的特点、存在的技术困难及需要攻克的关键技术, 描述了萤火一号火星探测器的测控通信技术方案及星载测控设备的功能分配, 给出了星载测控设备的基本配置情况及主要技术指标. 萤火一号探测器的测控和数传采用一体化设计方案, 在10 kg重量约束条件下, 实现了上行遥控通道及下行遥测通道, 具备科学数据传输通道及测定轨信号发送的功能, 而且每个通道均具有冗余备份设备.      

深空探测器自主控制技术综述

深空探测是人类考察、勘探和定居地球外其它天体的第1步,而深空探测器的自主控制技术则是确保深空探测任务成功完成的重要关键技术之一。从"自主导航、自主制导与控制、自主任务规划、自主故障诊断与重构"4个方面对深空探测器自主控制技术的研究现状进行综述,分析了已有的深空探测器自主控制技术存在的问题,并根据深空探测技术发展和任务实施的需求,提出了深空探测器自主控制技术未来研究的发展趋势。     

未来行星表面漫游车自主导航技术研究

随着深空探测的距离越来越远,测控资源及能源的约束使得目前的行星表面漫游车采用遥操作加部分自主移动的在轨任务操作方式,越来越不适应未来科学探测的需求,而未来的深空探测任务对漫游车控制系统提出了更快、更轻、更智能的要求.对目前月球与火星表面漫游车自主导航控制系统的结构、能力进行了对比分析,给出了目前控制系统自主能力的约束条件,提出了未来行星表面漫游车的自主导航控制系统的体系结构及设计期望,并对未来行星表面漫游车自主等级进行了初步划分,为我国未来行星表面漫游车自主导航控制系统的研究提供技术支撑与发展规划指导.     

“祝融号”火星车反射面天线设计

针对“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车的探测通信任务需求，提出了一种X频段轻小型宽频圆极化反射面天线。该反射面天线采用了新型一体化紧凑馈源技术，实现馈源长度和口径减小20%的同时提高了反射面天线的口径效率，抵挡了火星的尘埃影响。经过对馈源进行的仿真优化，最终实测结果表明，该天线在7.1～8.4GHz内口径效率可达62.3%,在深空探测的工作频带范围内具有较好的增益、驻波和圆极化特性，该天线已成功应用于“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车。     

一种平面约束辅助测量的深空探测器自主天文导航方法

深空探测任务中自主导航测量误差是影响深空探测自主导航系统精度的主要影响因素。针对抑制自主导航测量误差的问题,提出一种平面约束辅助测量的深空探测器自主天文导航方法,该方法在对系统非线性不等式几何平面约束建模的基础上,利用序列二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)非线性规划方法,对深空探测器自主天文导航系统的非线性不等式约束进行非线性规划,直接辅助减小深空探测器自主导航系统的量测误差;利用CKF-SQP量测优化非线性约束滤波方法,对深空探测器自主导航系统的状态进行估计,进一步减小系统随机误差。仿真结果表明:所提方法可以有效抑制测量误差,实现深空探测器高精度自主导航。该方法可为深空探测器提供一种可行的高精度自主导航方法。     

天基通信与太空射电望远镜功能一体系统

摘要： 针对现有地基深空通信系统存在深空通信距离不够远、数传速率不够高等缺点,提出一种基于分布式协同控制的天基主动深空通信与太空射电望远镜功能一体系统.该系统部署在地球静止轨道上,由1颗馈源星、1颗中心星和4294颗小卫星（单元星）通过精密编队和在轨自主组装的方式构成,一体化集成天基主动深空通信功能和射电天文望远镜功能.该系统可以为深空探测器提供一个星地高速中转站,由于其部署在地球静止轨道,几乎不受大气云层影响,可以大幅度提升深空探测通信支持距离和数传速率,且能使射电天文望远镜的分辨率和灵敏度提升1~2个数量级.     

一种星载控制计算机智能容错方法

  深空探测任务对星载控制计算机的智能性、环境适应性和自主性提出新的需求。介绍目前星载控制计算机容错方法的进展情况,提出可进化硬件容错这种可用于星载控制计算机容错设计的智能容错方法,给出该方法的三种实现结构,即并行结构、串行结构和具有故障检测功能的串行结构,并对各种结构进行分析和比较。最后,用仿真验证平台验证了串行结构的可行性和容错性。     

Accommodations for earth-viewing payloads on the international space station

The design of the International Space Station (ISS) includes payload locations that are external to the pressurized environment. These external or attached payload accommodation locations will allow direct access to the space environment at the ISS orbit and direct viewing of the earth and space. NASA sponsored payloads will have access to several different types of standard external locations; the S3 Truss Sites, the Columbus External Payload Facility (EPF), and the Japanese Experiment Module Exposed Facility (JEM-EF). As the ISS Program develops, it may also be possible to locate external payloads at the P3 Truss Sites or at non-standard locations similar to the handrail-attached payloads that were flown during the MIR Program. Earth-viewing payloads may also be located within the pressurized volume of the US Lab in the Window Observational Research Facility (WORF). Payload accommodations at each of the locations will be described, as well as transport to and retrieval from the site.     

中国首次火星探测任务有效载荷地面综合测试系统设计

介绍了中国首次火星探测任务有效载荷分系统的试验矩阵,以及地面综合测试系统的技术要求。面向2个探测器、5种场景的测试任务需求,设计由接口适配、业务处理、数据管理组成的3层统一架构,实现了不同场景下测试系统的功能和外部接口适配;根据星上科学数据处理与传输机制,设计地面科学数据处理流程,满足了13类载荷科学数据判读需求;针对单星1 900维工程遥测、400条数据注入指令的高维特性,设计基于规则的数据判读软件,实现了载荷遥测数据及数据注入指令的自动化判读。任务执行结果表明该系统满足不同试验模式下有效载荷测试任务的需求,有效保障了载荷测试任务的顺利实施。     

深远空连续推进动力与施图林格解的解析

针对太阳系远深距离的探测将是人类下一阶段深空探测活动的主要目标。这一目标的实现依赖于探测器连续推进动力技术的突破。从描述连续常值推力下太空飞行的施图林格解出发,对其中反映的深远空飞行任务有效载荷比、任务时间、飞行距离等关键参数与发动机性能之间的关系进行了深入分析。给出了在特定任务时长、特定飞行距离要求下发动机比冲、功率需要满足的条件及其对有效载荷比、最终飞行速度等指标的影响。此外,基于二体轨道动力学对太阳系行星探测的大椭圆转移轨道和转移能量进行了推导,并对连续推力的太阳帆任务方案涉及的关键技术指标做了理论性的计算。这些结论是对深空探测连续推力方案基础理论的归纳,可以为我国未来开展深远空探测活动提供重要的启发和指导。     

有效载荷数据管理系统新技术实验

为满足在未来航天器上进行科学实验和空间探测的有效载荷数据采集、处理、存储、综合传输和数据管理需求 ,研制了中国第一个有效载荷数据管理系统 ;该系统在设计上采用了具有 90年代国际水平的多项先进技术 ,如采用先进的国际空间数据系统咨询委员会标准进行数据传输、以 15 5 3 B总线构成系统通信网络、大容量固态存储技术、高速多路复接器和数据管理系统软件。介绍了有效载荷数据管理系统及其技术特点 ,系统主要关键技术的设计与实现 ,以及由主要关键技术构成的缩微系统的在轨试验情况和结果。     

主带小行星采样返回任务中的离子电推进应用方案

由于离子电推进的高比冲特性,采用它执行小行星探测器巡航阶段轨道机动任务时,将使探测器在同样的有效载荷下的发射重量大大减轻。针对我国规划中的主带小行星采样返回任务,调研了国外离子电推进在深空探测任务中的应用情况,在借鉴国外成功经验和任务需求分析的基础上,设计了主带小行星探测器离子电推进系统方案和应用策略,计算了在目前离子推力器寿命水平下,既定探测任务对离子电推进推力、比冲、推进剂量以及功耗需求。研究表明,目前研制的离子推力器可以满足规划中的主带小行星探测任务需求。研究成果对探测器的方案设计有参考价值。     

中国月球及深空空间环境探测

深空探测承载着人类航天技术发展、探索宇宙奥秘和寻找地外生命及人类宜居地的重任,成为各航天大国关注的热点。我国月球与深空探测虽然起步晚,但起点高,正在追赶并将实现领先。简要回顾了我国月球及深空空间环境探测的载荷情况、数据结果、理论和应用研究成果,简述了当前在研的自主火星空间环境探测目标以及规划中的未来深空探测任务,并根据当前国际发展态势,及我国在研、规划中的月球及深空探测任务情况,分析了我国月球及深空空间环境探测的关键科学问题、载荷技术发展趋势、理论与模拟的研究需求,最后对深空环境探测进行了展望。     

Space Life Science of China

In the past two years, China's space life science has made great progress. Space biomedical and life science programs have carried out ground-based research for the first batch of projects, and are preparing to carry out space-based experiments along with the construction of China's space station. And space life science payload of the space station completed the development of positive samples. Thus, with the development of lunar exploration and Mars exploration projects, astrobiology research has also made a lot of basic achievements. On the basis of summarizing the development of space life science in China, this paper mainly introduces the important progress of payload technology and life science research.      

Hypertension and orthostatic hypotension in applicants for spaceflight training and spacecrews: a review of medical standards.

The inauguration of NASA of the position of Payload Specialists for SHUTTLE-SPACELAB flights has broken the tradition of restrictive medical physical standards in several ways: by reducing physical requirements and extensive training; by permitting the selection of older individuals and women; by selecting individuals who may fly only one or several missions and do not spend an entire career in space activities. Experience with Payload Specialists to be gained during the forthcoming SPACELAB missions, observing man in spaceflight step by step on an incremental basis, will provide valuable data for modifying the medical standards for Payload Specialists, Space Station Technicians, and Space Support Personnel who perform routine work rather than peculiar tasks. Such revisions necessarily include a modification of traditional blood pressure standards. In this paper I review the history and evolution of these standards in aeronautics and astronautics.     

ASTEX: An in situ exploration mission to two near-Earth asteroids

ASTEX (ASTeroid EXplorer) is a concept study of an in situ exploration mission to two Near-Earth-Asteroids (NEAs), which consists of an orbiting element and two individual lander units. The target candidates have different mineralogical compositions, i.e. one asteroid is chosen to be of “primitive’’ nature, the other to be a fragment of a differentiated asteroid. The main scientific goals of the ASTEX mission are the exploration of the physical, geological, and mineralogical nature of the NEAs. The higher level goal is the provision of information and constraints on the formation and evolution of our planetary system. The study identified realistic mission scenarios, defined the strawman payload as well as the requirements and options for the spacecraft bus including the propulsion system, the landers, the launcher, and assessed and defined the requirements for the mission’s operational ground segment.