柔性热防护系统及相关热考核试验

柔性热防护系统为高超声速充气气动减速器的防热需求而发展,主要为大质量地球再入及未来火星的进入、下降和着陆系统的防热而研发。本文介绍了美国针对高超声速充气气动减速器已经进行和正在策划的飞行试验情况以及火星进入、下降和着陆系统对柔性热防护系统的使用热环境需求。对柔性热防护系统的基本组成进行了介绍,详细描述柔性热防护系统的相关热考核试验。     

充气式气动减速器气动特性数值分析

<正>根据"中国火星探测计划"的任务规划,我国预计将在2020年实现火星着陆巡视。要想顺利实现火星探测器的软着陆,精准地掌控从进入大气到着陆的EDL过程至关重要。EDL过程通常分为气动减速、降落伞减速、动力减速和着陆缓冲4个阶段~([1])。在载人飞船返回再入过程中,返回舱的大钝角锥形结构与大气层中的气体介质作用可产生与运动方向相反的气动阻力,以实现从地球再入速度至开伞速度的转变,此即为气动减速阶段~([2]),该阶段所完成的减速约占整个EDL减速过程的     

典型弹道升力式火星进入器性能比较分析

进入器的减速效率和着陆精度是火星进入、下降、着陆过程的关键问题,利用数值方法分析了火星科学实验室、"龙飞船"和"猎户座"飞船三种典型弹道升力式火星进入器的气动特性和进入轨迹,研究气动参数、进入姿态和进入器质量等参数偏差对开伞状态的影响,比较典型弹道升力式火星进入器气动特性和着陆性能,讨论几何构型对弹道升力式火星进入器性能的影响。研究结果表明:钝锥前体外形可以产生更高的阻力系数,但与球冠大底相比气动热环境也更严酷;同样的进入条件的前提下,三种进入器进入过程的最大过载和开伞高度相差不大,"龙飞船"的开伞动压相对较低,有利于降低减速伞系的开伞载荷。相关研究结论可为我国后续火星探测任务进入器气动外形设计提供有益参考。     

火星科学实验室进入舱防热材料的发展及相关气动热试验

简要回顾了人类火星探测并成功着陆火星的历史,对火星的基本情况及进入环境进行了介绍。对火星科学实验室项目情况、飞向火星的过程及进入气动热环境进行了描述。详细介绍了火星科学实验室进入舱防热材料的发展及相关气动热试验。     

载人火星探测进展及其EDL过程GNC关键技术

随着火星探测技术的不断发展和探测任务的不断推进，载人火星探测在未来将会成为火星探测的重要手段。首先，回顾了无人火星探测任务的发展历程，对比分析了部分无人火星探测器进入、下降与着陆（EDL）过程的参数。然后，结合无人火星探测、载人月球探测和载人航天再入过程，梳理了载人火星探测的特点及需求，系统地总结了前苏联/俄罗斯和美国的载人火星探测研究进展以及技术储备。接着，归纳了载人火星探测的体系构成、集结方式和主要的技术挑战。最后，概括了载人火星EDL过程面临的难题，重点阐述了EDL的导航、制导与控制（GNC）关键技术。     

火星进入器高超声速化学非平衡特性数值计算研究

火星探测活动是当前国际深空探测领域的热点,而探测器的进入、下降和着陆阶段的气动特性预测是关系其布局和热防护系统设计的关键问题之一。针对火星进入器高超声速进入过程,发展了火星环境的高超声速化学非平衡流动数值模拟方法,建立了进入段气动特性的有效预测技术。以探路者号火星进入器防热大底为研究对象,采用5组分6化学反应模型开展典型弹道点上的化学反应流动数值模拟。结果表明:CO_2在激波层内发生较大程度的离解反应,火星进入器高超声速化学非平衡特性显著。因化学反应作用强烈,激波层内热传导所致热流量相对较低,而组分扩散造成的热流量占一定比重,计算所得的驻点总加热量与经验公式吻合良好。火星环境的化学非平衡特性的有效预测可为我国未来火星探测任务提供技术支持。     

MSL测控特点以及自主火星探测测控关键技术

火星科学实验室任务测控通信与导航技术代表了目前该领域的最新方向。在结合火星科学实验室任务特点并对其对测控通信系统设计性能、导航性能进行分析的基础上,以未来的自主火星探测以及火星采样返回任务为潜在工程应用目标,结合我国月球和深空探测测控系统的现状,梳理了我国未来自主火星探测中火星中继网络、火星探测器精密定轨,以及火星大气进入、下降和着陆过程中的信号检测与估计等关键技术。该研究对后续的自主火星探测测控通信系统的设计具有一定的参考价值,对推进我国深空探测测控系统的发展具有重要意义。     

天问一号任务的技术创新

天问一号在国际上首次通过一次任务实现火星环绕、着陆、巡视的3大目标,突破了多项关键技术。本文介绍了天问一号的任务概况和飞行进展,全面总结了任务取得的8类创新成就和突破的主要关键技术。具体包括：火星环绕、着陆、巡视3大任务强耦合的总体设计、多弹道地球逃逸轨道发射、行星际飞行与火星捕获控制、火星进入下降着陆、火星表面恶劣环境应对、4亿千米远距离测控通信、遥感与巡视探测先进载荷、火星环境建模与地面验证试验。天问一号任务取得圆满成功,使得中国在深空探测领域一举进入世界先进行列。     

火星探测着陆器气动布局研究

火星探测活动是当前深空探测领域发展的热点,火星探测着陆器进入过程的气动布局问题是火星探测器设计的关键之一。根据国外火星探测器气动布局及地球轨道再入返回舱气动布局,从大气环境和布局形式两个方面出发研究火星探测器的主要气动特点,基于工程算法讨论了探测器所处大气环境及其布局形式对其高超声速升阻特性、配平特性及静稳定性的影响规律。大气环境分析表明,在高超声速进入条件下,火星大气热力学性质的改变,会改变高超声速气动力的大小和分布,会增加探测器的升阻力系数,对探测器的升阻比和配平特性影响很小,略提高飞行静稳定性。布局形式分析认为,球锥布局的防热大底较球冠布局具有更大的气动阻力,有利于着陆器减速,且较小的法向偏移量可实现足够的配平需求;球锥布局俯仰静稳定度对轴向的敏感度较低,也是探测器从气动考虑选用球锥布局的原因。相关研究结论可为火星探测着陆器的气动布局设计提供理论参考和技术支持。     

JF-12激波风洞在火星进入环境下的运行特性

火星探测是目前国际深空探测的热点,而火星着陆是火星探测的关键技术之一,火星着陆器发展中面临的一个严峻的挑战是其气动环境远远不同于地球大气的空气。然而,现阶段大多数地面试验设备都是以空气为试验气体来设计的,而不是火星大气的CO₂。本文利用高温热化学反应流动数值计算技术,对JF-12反向爆轰驱动激波风洞在火星进入环境下（主要气体成分是CO₂）的运行特性进行了计算模拟,通过调整激波管中驱动/被驱动气体的初始参数和高/低压段的截面积比,来模拟其中的波系产生、传播过程以及反射激波与接触面的相互作用机制。研究发现,相同情况下驱动CO₂的缝合激波马赫数要明显高于空气,通过减小驱动气体的声速和低压段的直径,可以在驱动CO₂时获得驻室压力稳定的试验气体。     

某直升机主减速器滑油冷却系统设计

对直升机主减速器滑油冷却系统的滑油流量和热耦合设计方法进行了研究,对散热器散热特性、减速器对滑油加热规律、系统热耦合过程进行了分析,利用某直升机主减速器的实验数据,提出了针对该直升机主减速器滑油冷却系统设计的改进方法.利用改进方法进行的该直升机减速器滑油冷却系统的设计结果与理论分析相吻合.     

Improved uncertainty propagation method of dynamic model for Mars entry spacecraft

In order to research the uncertainty propagation laws of Mars entry dynamic equations for the Mars entry phase,an improved method was presented for analyzing the effect of the initial state uncertainties and uncertainty factor on the system state in the state trajectories.When applying the method to the entry phase of one of the NASA Mars exploration missions,the simulation results agreed well with the Monte Carlo method,especially the flight path angle simulation at least reaching 92%.It is found that the improved method can not only predict the uncertainty propagation laws with high accuracy of at least 92%in flight path angle simulation and large application scope from-0.1degree to 0.1degree,compared with local linearization method,but also save several hours relative to Monte Carlo method.     

直升机减速器滑油冷却系统的改进设计方法

对滑油冷却系统传统设计方法进行了研究.基于对换热器散热特性、减速器对滑油加热规律、系统热耦合过程的分析,提出了针对直升机减速器滑油冷却系统的改进设计方法,使得系统热耦合时滑油温度的计算和换热器的设计更为简捷,并考虑了变工况对系统热性能的影响,提高了系统设计的可靠性和效率.以某直升机减速器系统为例,编制了改进设计方法的VC++程序,进行了该减速器滑油系统的冷却设计,其设计结果与理论分析相吻合.      

Flexible piloted Mars missions using the TIHTUS engine

The present investigation points out the potential of continuously propelled spacecraft for piloted Mars missions and compares them to impulsive propulsion (chemical and nuclear thermal) and ballistic trajectories. Although the results are related to piloted Mars missions, the stated issues raised hold true for a broad range of space missions. It is demonstrated that the use of impulsive propulsion leads to inflexible missions and may result in long total mission durations. Meanwhile, the use of continuous electric propulsion not only guarantees short total mission durations of Mars missions with moderate masses but also results in highly flexible missions. These criteria can be met with a continuous electric propulsion system that provides a thrust level of 100 N and 3000 s of specific impulse. Great potential lies in electric hybrid thrusters. The high-power, two-stage hybrid plasma thruster TIHTUS is currently being developed at the Institute of Space Systems (IRS). Its technology including preliminary laboratory testing results are presented.     

大功率空间核电推进技术研究进展

大功率空间核电推进系统是空间核电源技术和大功率电推进技术的高度融合,具有高能量密度、超高比冲、较大推力的优势,可适用于超大型航天器轨道转移任务、远距离无人深空探测任务、载人火星等大型深空探测任务,能够极大地拓展人类深空探测的能力。本文针对大功率空间核电推进技术,对其工作原理和系统组成进行了介绍,同时开展了关键技术梳理,重点归纳了国内外在技术领域的研究历程和最新进展。     

Micromission spacecraft: a low-cost, high-capability platform for space science missions

The Ball Micromission Spacecraft (MSC) is a multi-purpose platform capable of supporting science missions at distances from the Sun ranging from 0.7 to 1.7 AU. In the baseline scenario, MSC is launched as a secondary payload on an Ariane 5 rocket from Kourou, French Guiana, to GTO using the Ariane 5 structure for auxiliary payloads (ASAP5). The maximum launch wet mass is 242 Kg and can include up to 45 Kg of payload depending on AV needs. The on-board propulsion system is used for maneuvering in the Earth-Moon system and injecting the spacecraft into its final orbit or trajectory. For Mars missions, MSC enables orbiting Mars for science payloads and/or communications and navigation assets, or for precision Mars fly-bys to drop up to six probes. The micromissions spacecraft bus can be used for science targets other than Mars, including the Moon, Earth, Venus, Earth-Sun Lagrange points, or other small bodies. This paper summarizes the current spacecraft concept and describes the multimission spacecraft bus implementation in more detail.     

齿轮减速器系统可变固有特性动力学研究

考虑到齿轮传动啮合刚度的波动和传动误差的影响以及轴承支撑刚度的作用,对二级齿轮减速器传动系统进行了理论建模和动态响应分析,并与实验结果进行了比较。结果表明,齿轮传动在单齿啮合区和双齿啮合区之间啮合刚度变化较大;减速器系统的动态特性 (固有频率、固有振型、阻尼等 )随啮合周期而发生变化,呈现出一种可变的动态固有特性。故对于系统进行研究时,可分别按单齿区和双齿区平均啮合刚度进行分析,一般可以满足实际工程要求。     

The geologic development of Mars: A review

The planet Mars has been the subject of a continuing program of exploration with the flyby missions of 1964 and 1969, the orbiter of 1971, and the present Viking Project with both orbiters and landers. The overall view of Mars has changed from Earthlike in the prespacecraft era to Moonlike following the flyby missions and finally to a planet with intermediate characteristics. There are many impact craters as on the Moon, but tectonic and volcanic features resembling structures on Earth are also present. However, there is a lack of evidence for the compressional deformation associated with terrestrial plate tectonics and continental drift.The current analyses indicate that Mars has a differentiated interior with a crust and mantle and perhaps a core. Whatever the nature of interior processes, whether overall mantle expansion, plumes, or full scale convection, the effects at the surface have been predominantly vertical with formation of broad regions of uplift and depression. One of the results is hemispheric asymmetry with cratered terrain in the south and younger uncratered plains in the north.     

Conversations: with Carl Pilcher [interview by Johan Benson

An interview with Carl Pilcher, science program director for solar system exploration at NASA, examines NASA's past, present, and planned missions to explore the solar system. Specific questions relate to the status of current and planned missions, science results of the Pathfinder mission to Mars, cooperation with the Japanese space agency, the status of the search for extraterrestrial life in solar system meteoroids and asteroids, mission size for more in-depth exploration, reports of water on the moon, and the exploration of near-Earth objects.