基于工程约束的火星着陆区选择

火星着陆区选择是火星着陆及巡视任务的重要工作之一,着陆区选择需要兼顾科学目标和工程约束,考虑高风险的任务特点,火星着陆任务的工程约束更为重要。工程约束涉及着陆区表面特征、任务轨道、大气等。表面特征包括地理高程、斜坡及地形起伏、岩石分布、尘土厚度、光照、热约束情况。这些因素将影响探测器进入、下降和着陆(EDL)过程的安全性和火星车移动能力。首先针对这些工程约束进行了排序与筛选;然后建立了基于模糊算法的分析模型,通过模糊推理得到各着陆区域的评价指标,从而进行着陆区选择;最后基于ExoMars2020任务的备选着陆区进行了方法验证。     

美国毅力号火星车成功着陆火星

正美国东部时间2021年2月18日15:55,"火星2020"(Mars 2020)探测器携带毅力号(Perseverance)火星车,在经历"恐怖七分钟"的进入、下降和着陆(EDL)过程后,最终成功着陆在杰泽罗(Jezero)环形山。接下来,毅力号将在火星表面工作至少1个火星年(687个地球日)。该任务的科学探测目标为探寻火星过去的宜居条件,探索火星表面远古的生命痕迹,并采集火星岩石和土壤样品,将其存储在容器中,供未来的火星任务带回地球。     

美国成功发射毅力号火星车，迈出火星采样返回第一步

正"火星2020"(Mars2020)是美国国家航空航天局(NASA)的一项火星巡视探测任务,于北京时间2020年7月30日19:50由宇宙神-5-541(Atlas-5-541)运载火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射。该任务的科学探测目的为探寻火星过去的宜居条件,探索火星表面远古的生命痕迹,并采集火星岩石和土壤样品,将其存储在容器中,供未来的火星采样返回任务带回地球。"火星2020"探测器携带毅力号(Perseverance)火星车,将于2021年2月18日着陆火星表面,工作时间为至少1个火星年(687个地球日)。     

在火星极区找水的"凤凰"着陆器

□□美国一直重视对火星的探测,并为此制定了明确的科学目标和系统的探测计划.在今后相当长的时间内,美国探测火星的总体目标可概括为4个方面,即:确定火星上是否曾经有生命、表征火星的气候、描绘火星的地质地貌和为人类登陆火星做准备.     

中国首次火星探测任务科学目标与有效载荷配置

中国首次火星探测任务将于2020年实施,科学目标和有效载荷配置是工程任务的重要顶层设计之一。简要回顾了国外已实施火星探测任务的主要科学目标,介绍了我国首次火星探测任务科学目标、有效载荷配置,分析了科学目标的创新性和特色。     

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。     

阿联酋、 中国、 美国火星探测器齐聚火星

2020年7月,阿联酋希望号(HOPE)、中国天问一号和美国火星2020 (Mars 2020)火星探测器先后发射,前往火星.2021年2月三项任务先后抵达火星,希望号和天问一号分别于2月9日和10日成功进入火星轨道,火星2020任务漫游车毅力号于2月18日成功着陆火星,火星探测再起新高潮. 1.阿联酋希望号 CNN网站报道,阿联酋希望号火星探测器于2021年2月9日成功进入火星轨道,标志着阿联酋成为第5个到达火星的国家/地区.希望号随即进入环火椭圆轨道,最近距火星621 mi(约999km),最远30683mi(约49380km),轨道周期约40h,并将在这一轨道运行至5月中旬,测试各项搭载仪器并开展火星观测.此后,希望号将机动至周期约55h的科学轨道,正式开展科学探测工作.由于该轨道比以往的火星任务采用的轨道更高,将实现对火星的全球视角观测,并可每9天完成对火星大气的一次全景观测.希望号计划运行2年,并可能延期1年.2月14日,希望号传回首张火星图片.     

国外火星探测发展态势分析

正2020年是火星探测任务发射大年,多项火星探测器发射升空,包括阿联酋的希望号(Hope)、中国的天问一号(Tianwen-1)和美国的"火星2020"(Mars 2020)。一直以来,火星探测都是空间探测的热点之一。自苏联1960年发射人类首个火星探测器、揭开火星探测的序幕开始,美国、俄罗斯、欧洲、日本和印度等航天国家/地区陆续开展了火星探测活动,取得了大量的探测成果和重大发现。近年来,韩国、阿联酋等国家也开始涉足空间探测领域,提出月球和火星探测计划。     

2020年全球重要空间科学发射任务

2020年全球重要的空间科学发射任务约10次，主要集中在行星科学，包括4次火星探测和1次月球探测。中国GECAM卫星、欧洲太阳轨道探测器以及嫦娥五号和火星探测等任务都计划发射升空，为开展空间引力波研究、太阳爆发机制、行星起源和演化等科学前沿取得发现奠定重要物质技术基础。      

欧阳自远:我国火星探测应高起点发展

根据"第五届国防科技工业试验与测试技术发展战略高层论坛"消息,我国有望在2020年采用搭乘长征五号直接转移方式首次发射火星环绕器和火星车。本刊针对读者关心的问题,采访了我国绕月探测工程首席科学家、长期系统开展各类地外物质(陨石、宇宙尘、月岩)、比较行星学、天体化学与地球化学的研究的中国科学院欧阳自远院士,请他点评火星探测的最新进展和中国探测火星的科学目标着眼点。     

火星车双向抽展式转移坡道展开原理及特性分析

我国首次火星探测任务将于2020年实施,一步实现"绕""着""巡"的目标。着陆器在火星表面软着陆后,火星车能否沿转移坡道安全转移至火星表面,关系着本次任务的成败。从火星车转移坡道功能要求出发,提出了一种双向抽展式转移坡道方案,解决了大展出比、驱动共用、可靠展开等关键问题,对其展开原理及力学特性进行分析,并开展了模拟火星重力环境的展开试验,为我国火星车转移坡道设计提供参考。     

火星大气进入下降着陆段测控通信关键技术研究

着眼于我国首次火星探测任务着陆器EDL(Entry Descent and Landing)飞行段高风险特性,结合火星大气和地表环境分析了这一飞行阶段的主要特点和难点,系统地回顾了国外历次火星着陆任务的基本概况和任务失败的经验教训,并以美国"好奇号"着陆任务为例介绍了EDL期间可采用的主要通信手段,详细梳理了火星大气黑障段通信策略、调制体制选择以及高动态弱信号检测处理方案等测控通信需要解决的关键技术。最后对我国首次火星探测任务的关键技术攻关,任务准备和实施提出了建议。     

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.      

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。     

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。     

火星精确定点着陆多信息融合自主导航与控制方法研究

针对火星定点采样、载人登陆和基地构建等任务的需求,提出了一种火星精确定点着陆多信息融合自主导航与控制(Guidance Navigation and Control,GNC)方案。针对大气进入前的高精度导航需求,提出了基于X射线脉冲星和火星表面陆标图像的融合自主导航方法;针对火星着陆探测进入、下降和着陆(Entry,Descent and Landing,EDL)过程的高精度绝对和相对导航需求,提出了基于陆标图像、IMU(Inertial Measurement Unit)和测距测速信息的多信息融合自主导航方法;针对精确定点着陆要求,设计了大气进入和动力下降过程的制导与控制算法。数学仿真结果表明,提出的方案能够实现高精度的定点着陆(精度100 m)和相对避障(精度为0.5 m),可满足任务需求。     

火星软着陆能量最优制导律转移能力分析

着陆器在动力下降段的转移能力是影响定点软着陆的重要因素。文章从转移能力的角度出发,研究火星软着陆动力下降段能量最优制导律,分析燃料质量系数、时间权重以及不同初始高度和速度对转移能力的影响。由于能量最优制导律不能保证满足路径约束,因此对于确定的着陆器初始状态,着陆器转移能力不仅与燃料质量系数有关,还受到制导律本身的制约。当转移距离超过一定的界限时,尽管燃料充足,着陆轨迹会进入地表以下,造成任务失败。时间权重是能量最优制导律的关键参数,既影响燃耗,也影响着陆轨迹的形状。实际工程任务中,为实现燃料的充分利用,需根据着陆器状态调整制导律中的时间权重。本文给出了最优时间权重的确定方法,实现了一定燃料质量系数下的最大转移能力。     

基于模型预测控制的多约束火星精确着陆制导律研究

主要研究了火星着陆动力下降段考虑燃料消耗和实际任务约束条件的制导律设计问题。选取可变推力发动机作为执行机构,首先建立了着陆器在动力下降段的运动方程及质量变化方程;其次对实际任务中需要考虑的斜坡、推力幅值和方向等约束条件建立了约束模型;接下来通过构造由控制量和状态量构成的性能指标,提出一种基于模型预测控制的多约束火星精确着陆制导算法。可实现多种约束条件下的指标最优精确着陆任务。最后,通过数值仿真对比了本文与已有典型着陆策略,验证了所提算法可以在满足约束条件的前提下有效地完成既定火星精确着陆任务。     

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.