火星尘埃与探测

火星表面尘埃与太阳辐射、热辐射的相互作用直接影响火星大气的结构、热平衡和动力学过程,并会产生改变火星表面反照率和火星地貌的长期效应.火星尘埃环境还对登陆于火星表面的着陆器能源系统和光学载荷等系统构成影响.为此需开展火星大气尘埃的直接就位探测.在介绍了火星的尘埃特性与主要探测方法基础上,提出了采用微质量计技术开展火星表面尘埃就位探测的综合探测器方案.探测器包含3种传感器.尘埃累积传感器通过设置其敏感晶体表面朝上,可以探测火星表面尘埃的沉积质量与速率;荷电尘埃传感器通过加置不同极性的偏置电压,可以探测荷正电尘埃和荷负电尘埃的累积特性;磁尘传感器通过在敏感晶体后加设小型永久磁铁,可以探测磁性尘埃的累积特性.传感器感测质量范围为10^-11~10^-4g.火星尘埃综合探测器可应用于未来的火星着陆探测计划.     

利用CRISM数据探测火星表面含水矿物及其演化

火星表层矿物识别是了解火星大气环境变化、表层地质环境的关键因素。通过确定火星表层矿物,分析矿物特性,了解火星的环境状态、地质演化以及火星的未来适居性。火星勘测轨道器(Mars reconnaissance orbiter,MRO)上搭载的紧凑型侦察成像仪(compact reconnaissance imaging spectrometer for Mars,CRISM)是针对火星矿物探测的最新的高光谱成像仪,以很高的光谱分辨率覆盖可见光至近红外波段,为火星表面的矿物分布及区域填图提供了可能。通过光谱匹配及计算CRISM光谱参数综合产品,分析了火星Jezero以及Holden撞击坑内的矿物成分及其演化。Jezero与Holden因其复杂而关键的地质特征,被列为火星2020登陆任务的备选登陆点。对这两个地点的矿物探测与填图分析不仅可进一步分析火星典型地质特征以及演化,而且还可以为未来的火星登陆点分析提供现实意义。在研究区域已检测到与水成蚀变相关的含水硅酸盐类以及碳酸盐类与含水硫酸盐类。水合矿物增加了这些区域曾经含水的可能性,且矿物的多样性表明研究区地质环境经历了不同的变化,其中Jezero地区不同于火星的绝大多数地区从中性环境到酸性环境的演化,有可能经历了从中性环境到碱性环境的演化。     

一种火星多模式组合探测任务设想

针对火星探测科学发现及任务创新需求,探索更先进的探测模式,提出了一种火星多模式组合探测任务设想。该任务设想的特点在于结合了轨道环绕、表面着陆、多点穿透和浮空探测,获取立体多层多源信息,一次任务实现深度科学探测。对火星开展多模式组合探测,不仅会开拓更加具有优势的火星探测新方式,发展新的探测能力和技术,也会加深对火星的全面了解,提高探测活动的综合效果。多模式探测设想不仅适用于火星,对金星、土星等地外天体探测也有很好的支撑作用。     

火星电离层探测

火星已经成为深空探测的重要目标之一, 登陆火星并在火星生存是人类探测火星的终极目标, 因此电离层是必须了解的火星电磁环境. 火星电离层探测包括直接探测和间接探测. 直接探测精度高, 有较高的空间分辨率, 但是观测时间短, 无法提供长期稳定的探测结果. 对火星电离层的间接探测结果主要来自无线电掩星探测和顶部雷达探测. 无线电掩星探测可实现对火星电离层整个电子密度剖面的长期稳定探测, 但其空间水平分辨率较低, 且可探测的电离层太阳天顶角范围受到地球与火星轨道的限制. 顶部雷达探测对火星电离层的探测具有很高的时间分辨率和空间分辨率, 且同样可进行长期稳定探测, 为火星电离层研究提供了最新的支持. 通过对火星电离层探测的基本方法及典型观测结果的分析, 提出通过几种探测方法适当结合的方式, 同时对火星电离层进行观测, 能够大大推进对火星电离层的研究.      

中国首次火星探测任务地面应用系统

中国首次火星探测任务(HX-1)计划2020年通过一次发射实现火星环绕和着陆巡视,对火星开展全球性、综合性的环绕探测,在火星表面开展区域巡视探测。地面应用系统是首次火星探测任务工程五大系统之一,主要负责科学探测计划制定,有效载荷运行管理,探测数据的接收、处理、解译和管理,组织开展科学数据的应用和研究等任务。在分析国外类似系统和火星探测地面应用系统的特点和难点基础上,从系统的主要任务和技术指标出发,介绍了系统总体布局、分系统主要功能、组成和设计。     

我国首次火星探测任务

我国首次火星探测任务于2016年立项实施。综合介绍了国际火星探测的历史和现状,我国首次火星探测任务的工程目标和科学目标、总体技术方案、关键技术难点、预期创新成果。我国首次火星探测任务将通过一次发射,实现火星环绕和着陆巡视,对火星开展全球性普查和局部的精细探测,推进火星地形地貌与地质构造、土壤特征与水冰分布、表明物质组成、大气电离层和气候环境、物理场与内部构造等方面的研究。实现火星探测任务目标,针对火星探测面临的各种特殊环境,需突破长期自主管理与控制等8类关键技术,取得的一系列创新成果,将为我国建立独立自主的深空探测基础工程体系,掌握深空探测基础共性技术,形成开展深空探测的基础工程能力。     

会在火星岩上打洞的RAT

正在火星表面探测的勇气号和机遇号最重要的一项使命就是要通过分析火星的岩石查找是否存在水的证据。火星表面经过数以百万年的变迁，在风力、辐射以及灰尘的作用下，岩石的表面和内部有很大的不同。研克岩石内部的情况对于了解火星的起源和变化有十分重大的意义。所以，勇气号和机遇号火星漫游车离开母体以后的第一个行动就是寻找并对准岩石目标。     

火星等离子体环境探测

萤火一号(YH-1)探测器将对火星空间环境进行独立而深入的探测研究,探测各空间区域的等离子体特性及其对太阳风扰动的响应,以及火星离子逃逸过程,研究太阳风对火星水体损失的影响。为了实现这一目标,萤火一号搭载了等离子体探测包,包括2个离子分析器和1个电子分析器,具有较高的时间分辨率、能量分辨率,可以探测0.02～10 keV的离子、电子,同时能够对粒子的入射方向及1～44 au(1 au=9.1095×10~(-31)kg)质量范围内的离子成分进行分辨。本文阐述了萤火一号等离子体探测的科学意义,并对等离子体包的工作原理,仪器设计进行了介绍。     

美载人月球／火星探测核动力火箭方案

美航宇局(NASA)刘易斯研究中心公布了该中心技术小组研讨的载人月球、火星探测用核动力航天器的概要。该中心对它过去的核热动力法作了更为深入的研究,因此,这一研究方案得到了NASA本部、约翰逊空间中心以及担任空间探测研究局局长M.格里芬等的高度评价。 1.舱体结构是一个可重复使用的系统刘易斯研究中心研讨的航天器,使用了推力为0.33MN核热推进发动机,舱体结构是一个完全重复使用型的系统。直径10m、长约50m的重复使用型月球探测器不仅可用于月球探测,而且可用于火星探测。作为往返于月球的航天器,在轨道器上装配有月球着陆舱,可搭乘航天员和搭载补给物资,往     

基于分层介质模型的HF雷达高度计火星回波仿真研究

火星次表层中的水探测是当前深空探测领域中的热门问题之一. 高频(HF)雷达高度计具有较强的穿透能力, 且能同时实现距离和功率测量, 是火星次表层探测的重要手段. 介绍了高频雷达高度计系统的原理和设计, 通过分析高度计电磁脉冲与多层光滑介质之间的相互作用, 得出其回波功 率随时间变化的模型, 并考虑了表面粗糙度对表面回波功率的影响. 选用典型的火星分层介质模型, 对其介电常数特性和高度计回波波形 进行了仿真. 仿真结果表明, 采用高频雷达高度计系统可实现对火星次表 层介电特性垂直廓线的反演, 对火星中水的识别具有重要 作用.      

Scientific objectives and payloads of Tianwen-1, China’s first Mars exploration mission

This paper describes the scientific objectives and payloads of Tianwen-1, China’s first exploration mission to Mars. An orbiter, carrying a lander and a rover, lifted-off in July 2020 for a journey to Mars where it should arrive in February 2021. A suite of 13 scientific payloads, for in-situ and remote sensing, autonomously commanded by integrated payload controllers and mounted on the orbiter and the rover will study the magnetosphere and ionosphere of Mars and the relation with the solar wind, the atmosphere, surface and subsurface of the planet, looking at the topography, composition and structure and in particular for subsurface ice. The mission will also investigate Mars climate history. It is expected that Tianwen-1 will contribute significantly to advance our scientific knowledge of Mars.     

Planetary protection and the search for life beneath the surface of Mars.

The search for traces of extinct and extant life on Mars will be extended to beneath the surface of the planet. Current data from Mars missions suggesting the presence of liquid water early in Mars' history and mathematical modeling of the fate of water on Mars imply that liquid water may exist deep beneath the surface of Mars. This leads to the hypothesis that life may exist deep beneath the Martian surface. One possible scenario to look for life on Mars involves a series of unmanned missions culminating with a manned mission drilling deep into the Martian subsurface (approximately 3Km), collecting samples, and conducting preliminary analyses to select samples for return to earth. This mission must address both forward and back contamination issues, and falls under planetary protection category V. Planetary protection issues to be addressed include provisions stating that the inevitable deposition of earth microbes by humans should be minimized and localized, and that earth microbes and organic material must not contaminate the Martian subsurface. This requires that the drilling equipment be sterilized prior to use. Further, the collection, containment and retrieval of the sample must be conducted such that the crew is protected and that any materials returning to earth are contained (i.e., physically and biologically isolated) and the chain of connection with Mars is broken.     

Scientific Objectives and Payloads of Chinese First Mars Exploration

China plans to implement the first Mars exploration mission in 2020. It will conduct global and comprehensive exploration of Mars and high precision and fine resolution detection of key areas on Mars through orbiting, landing and roving. The scientific objectives include studying the Martian morphology and geological structure characteristics, studying the soil characteristics and the water-ice distribution on the Martian surface, studying the material composition on the Martian surface, studying the atmosphere ionosphere and surface climate and environmental characteristics of Mars, studying the physical field and internal structure of Mars and the Martian magnetic field characteristics. The mission equips 12 scientific payloads to achieve these scientific objectives. This paper mainly introduces the scientific objectives, exploration task, and scientific payloads.      

火星空间环境磁场探测研究——高精度磁强计

萤火一号卫星将对火星空间环境磁场实施探测。火星磁场对火星弓激波、磁鞘、电离层、大气等绝大多数空间环境效应都具有重要影响,萤火一号对火星磁场的探测是通过搭载于其上的科学载荷磁强计来实现的。此磁强计在工作原理及具体设计上,考虑了火星轨道严酷的工作环境和科学目标所需的测量要求。通过装星前的地面标定测试,验证了萤火一号磁强计可以在-130～75℃温度范围内测量±256nT以内的磁场,分辨率可达到0.01 nT,带宽内总噪声小于0.03 nT,能够满足萤火一号对火星空间环境探测的需求。     

Network science landers for Mars

The NetLander Mission will deploy four landers to the Martian surface. Each lander includes a network science payload with instrumentation for studying the interior of Mars, the atmosphere and the subsurface, as well as the ionospheric structure and geodesy. The NetLander Mission is the first planetary mission focusing on investigations of the interior of the planet and the large-scale circulation of the atmosphere. A broad consortium of national space agencies and research laboratories will implement the mission. It is managed by CNES (the French Space Agency), with other major players being FMI (the Finnish Meteorological Institute), DLR (the German Space Agency), and other research institutes. According to current plans, the NetLander Mission will be launched in 2005 by means of an Ariane V launch, together with the Mars Sample Return mission. The landers will be separated from the spacecraft and targeted to their locations on the Martian surface several days prior to the spacecraft's arrival at Mars. The landing system employs parachutes and airbags. During the baseline mission of one Martian year, the network payloads will conduct simultaneous seismological, atmospheric, magnetic, ionospheric, geodetic measurements and ground penetrating radar mapping supported by panoramic images. The payloads also include entry phase measurements of the atmospheric vertical structure. The scientific data could be combined with simultaneous observations of the atmosphere and surface of Mars by the Mars Express Orbiter that is expected to be functional during the NetLander Mission's operational phase. Communication between the landers and the Earth would take place via a data relay onboard the Mars Express Orbiter.     

深空探测中的激光诱导击穿光谱探测仪

物质成分探测是深空探测领域非常重要的技术领域,激光诱导击穿光谱技术是一种可以非接触式快速获得物质元素成分信息的手段,论文针对2020年我国首次火星探测任务提出的火星表面成分探测仪,阐述了激光诱导击穿光谱技术基本原理,国内外的技术发展现状和趋势,重点围绕火星环境、有效载荷生存性进行了分析,最后论文详细探讨了激光诱导击穿光谱技术中的数据反演和定量化技术。     

Development Progress of China's First Mars Exploration Mission: Its Scientific Objectives and Payloads

China's first Mars exploration mission is scheduled to be launched in 2020. It aims not only to conduct global and comprehensive exploration of Mars by use of an orbiter but also to carry out in situ observation of key sites on Mars with a rover. This mission focuses on the following studies:topography, geomorphology, geological structure, soil characteristics, water-ice distribution, material composition, atmosphere and ionosphere, surface climate, environmental characteristics, Mars internal structure, and Martian magnetic field. It is comprised of an orbiter, a lander, and a rover equipped with 13 scientific payloads. This article will give an introduction to the mission including mission plan, scientific objectives, scientific payloads, and its recent development progress.      

美国2020火星车着陆区遴选进展及对2020中国火星任务着陆探测部分的一些思考

总结了近20年来火星探测的重要发现以及生命、气候和地质3个方面尚未解决的关键科学问题;介绍了美国国家航空航天局(NASA)2020火星探测任务的科学目标、科学载荷和着陆区选择的工程条件限制,并重点分析了经过3次着陆区选择研讨会,上百位行星科学家投票选取的排名前3的预选着陆区的地质情况。在此基础上,提出了对我国2020年火星任务的着陆探测部分的一些思考,并根据不同的任务目标(聚焦生命、气候和地质问题;支持载人火星探测的资源勘察;工程技术验证)提出了3个候选着陆区。