深空探测与行星际互联网

深空探测是指对太阳系内除地球之外的行星及其卫星、小行星和彗星等的探测,以及太阳系以外的银河系乃至整个宇宙的探测。行星际互联网(IPN)作为一种通用的空间信息网络架构,旨在为深空探测任务提供科学数据传递的通信服务及探测器和深空轨道器的导航服务。首先给出了深空探测和行星际互联网的概念,介绍了深空探测的发展现状,然后对行星际互联网体系架构进行了详细介绍,最后给出了行星际互联网的关键技术。     

X射线脉冲星导航在行星际轨道上的应用

X射线脉冲星导航技术被认为是新一代导航技术,非常适合于行星际探测.深入分析了利用搜索空间方法求解飞行器真实位置和估计位置相位差的脉冲整周期模糊数,解决了相位导航方法存在的周期模糊数问题.利用轨道动力学模型估计飞行器的位置,并以真实位置和估计位置上的脉冲相位之差作为反馈进行偏差校正.仿真表明,X射线脉冲星导航方法在行星际轨道上是可行和高效的.     

深空一号发射成功

深空一号（ＤＳ－１———ＤｅｐＳｐａｃｅ－１）是美国ＮＡＳＡ新盛世计划中的第一项任务。它与美国历来的行星际探测器不同，其主要目的不是行星际科学探测，而是验证一些卓有前途的新技术，以便为未来低成本的地球轨道和行星际科学任务提供一些新经验和新系统。为此，...     

国际深空探测技术发展现状及趋势

□□深空探测是人类了解地球、太阳系和宇宙，进而考察、勘探和定居太阳系的第一步。深空探测主要包括月球探测、行星探测、行星际探测和星际探测。 通过深空探测能帮助人类研究太阳系及宇宙的起源、演变和现状，进一步认识地球环境的形成和演变，认识空间现象和地球自然系统之间的关系。从现实和长远来看，对深空的探测和开发具有十分重要的科学和经济意义。 1 深空探测回顾及其现状 深空探测通常包括如下3个不同的阶段：① 搜索；② 勘探；③ 深入研究。 对于不同的星体，人类的探测研究处于不尽相同的研究阶段。现分述如下。 1.1 月球…     

基于单X射线探测器的航天器深空巡航段自主导航研究

为提高X射线脉冲星自主导航系统的工程实用性,提出一种利用单X射线探测器的深空巡航段自主导航系统,以脉冲星的脉冲到达太阳系质心时间差值作为基本观测量,利用美国"深空一号"任务中的批处理加权最小二乘滤波算法,估计航天器的位置和速度.以"深空一号"任务星际巡航段轨道为例,进行了数学仿真,并分析了脉冲星个数、脉冲星测量数据批数及定轨周期对导航结果的影响,并同卡尔曼滤波方法进行了比较,仿真结果表明了该系统的可行性和有效性.     

中国深空探测任务轨道控制技术综述

深空探测作为人类航天活动的重要方向,是人类探索宇宙奥秘和寻求长久发展的必然途径,也是衡量一个国家综合国力和科学技术发展水平的重要标志。深空探测轨道控制技术作为决定深空探测任务成败的关键技术之一,越来越多地受到关注并得到应用,成为各国深空探测技术研究和发展的热点。以我国探月工程各次任务为脉络,简述了历次任务轨道控制的目标和实施效果,总结了主要技术创新,在此基础上,展望了我国未来深空探测轨道控制的发展趋势。     

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。     

连续小推力非开普勒悬浮轨道研究综述

连续小推力非开普勒悬浮轨道在深空探测与地球极地观测任务中有着重要的应用前景。归纳了电推进、太阳帆推进等连续小推力技术的发展历程与现状；阐述了日心、行星悬浮轨道的动力学特性、稳定性、轨道保持策略；分析了三体问题下人工拉格朗日点的优势及其在深空探测方面的应用；讨论了悬浮轨道编队飞行的研究方法与控制策略。最后针对小推力悬浮轨道研究发展面临的难题，提出了研究新思路和应用新方向。     

中国航天

"嫦娥二号"飞抵150万千米外深空8月25日23时24分,嫦娥二号卫星成功实施了拉格朗日L2点绕飞捕获控制,并成功进入了运行周期为180天的环绕拉格朗日L2点轨道。此举实现了世界上首次由月球轨道飞往拉格朗日L2点的航天活动,也是中国航天深空探测的触角第一次延伸到如此遥远的宇宙深空。有关专家表示,"嫦娥二号"在发射和在轨运行过程中,由于火箭技术、基地发射     

强不规则天体引力场中的动力学研究进展

小行星探测与彗星探测是深空探测的重要方面。一般来说,小行星和彗星因质量都不足以使得万有引力克服应力达到流体静力学平衡,而具有强不规则的外形。研究强不规则天体引力场中的动力学行为及其内在机制,是探测器被不规则天体捕获并对其形成近距离探测轨道的基础。从引力场模型和动力学行为两个方面综述了强不规则天体引力场中动力学的研究进展,在引力场模型的研究方面介绍了强不规则天体引力场建模的球谐函数摄动展开模型、简单特殊体模型及多面体模型的研究现状,在动力学机制的研究方面介绍了强不规则天体引力场中的周期轨道和拟周期轨道、平衡点、流形、分岔与共振以及混沌运动的研究现状,指出了这些方面研究的重点与难点。分析了强不规则体引力场中动力学的研究趋势。     

小行星附近制导与控制研究综述

由于小行星具有引力场不规则、物理参数不确定性大、表面逃逸速度小等因素,使得小行星附近制导和控制极具挑战性。回顾了小行星探测任务的历史、现状和意义;针对小行星附近制导与控制研究的基础即小行星附近动力学,分析了研究现状;针对悬停、绕飞、转移、着陆等任务形式,详细介绍了轨道制导和控制方法方面的热点问题和研究现状;基于研究现状,列举了部分未来可进一步研究的方向和问题。     

The exploration of halley''s comet: An example of international cooperation

During its present appearance, Comet Halley is the focus of an unparalleled global scientific effort of exploration from the ground; from Earth orbit; from Venus orbit; from interplanetary space; and from within the comet itself.

The various activities in space are coordinated by the four space agencies — the European Space Agency (ESA), Intercosmos of the USSR Academy of Sciences, the Japanese Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), and the National Aeronautics and Space Administration (NASA) — through the Inter-Agency Consultative Group (IACG). Coordination of the activities of the ground-based observers is provided through the International Halley Watch (IHW). The IHW was established in 1980, the IACG in 1981.

The single goal of both, IHW and IACG is to maximize the overall scientific results of all efforts in the exploration of Comet Halley from the ground and from space. The obvious success of this unique endeavor might serve as example for future cooperative scientific programs.     

三维引力辅助机理分析

针对星际探测中的引力辅助技术,通过引入两个参数,将平面椭圆型限制性三体模型拓展到三维椭圆型限制性三体模型.通过逆向与正向积分,得到引力辅助前后飞行器的能量和角动量,据此将引力辅助轨道划分为16种类型.深入讨论了这两个参数对轨道类型、轨道能量和轨道倾角的影响,总结出了相应的变化规律.以地月系统为例,针对不同任务要求,给出了通过月球引力辅助,实现地月系统俘获与逃逸的引力辅助参数的选择区域,并对引力辅助参数进行了优化.     

系绳辅助的行星际轨道捕获研究

针对深空探测中应用动量交换系绳辅助进行行星际轨道捕获时的系绳控制问题,首先对运行在目标行星双曲线飞越轨道上的探测器系统进行动力学建模,给出了一致性轨道捕获条件和系绳最佳切断点,并进行了动力学特性分析。考虑到子探测器捕获后的变轨需求及系绳收放速率的限制,提出了新的最优控制方法,并应用模拟退火算法进行了数值求解。仿真结果表明,系绳切断时指向恰当,子探测器距离目标行星最近,将有利于后续变轨;系绳最大收放速率约为30m/s,切实可行。     

行星际火箭和人造行星卫星的轨道设计问题

本文探讨行星际探测器和人造行星卫星的动力学模型,研究它们的运动轨道,给出飞行时间的近似式,并且从飞行时间和消耗能量二个方面对它们的轨道设计问题提出了一些新的看法.另外,文中还讨论了人造行星卫星的运动及其稳定条件.      

Gyrosynchrotron Radiation of Interplanetary CMEs

CMEs (Coronal Mass Ejections) are an important means of energy release in the solar corona. Solar Polar Orbit Radio Telescope (SPORT) is a mission being proposed for observing the propagation of interplanetary CMEs from solar polar orbit. The main payload onboard SPORT is a synthetic aperture interferometric radiometer, which receives radio emission of interplanetary CMEs. It is identified that there are mainly three radio emission mechanisms of CMEs, i.e., bremsstrahlung, gyrosynchrotron emission and plasma emission. Among these emission types, bremsstrahlung emission is the main emission mechanism of the high-density plasma clouds of interplanetary CMEs. Gyrosynchrotron emission is the continuous emission generated by high-energy electrons from CMEs, while plasma emission is the main mechanism of transient radio bursts from CMEs. In this paper, the gyrosynchrotron emission of interplanetary CMEs is focused on. Firstly, the mechanism of gyrosynchrotron emission is reviewed. Secondly, a review of the physical parameter models of background solar wind and interplanetary CMEs is presented. After these, the brightness temperature and polarization of gyrosynchrotron emission of interplanetary CMEs are calculated and analyzed. Finally, the detectability of gyrosynchrotron emission of interplanetary CMEs by radio meters is discussed briefly.      

深空探测转移轨道自主中途修正方法研究

针对深空转移轨道,提出以B平面参数为终端参数,采用脉冲控制和线性制导的自主中途修正方法.由自主导航系统定期确定探测器的当前位置和速度,之后利用精确动力学积分递推状态至B平面,得到打靶误差,若误差超出目标精度范围又在自主修正系统修正能力范围内,则立即利用以B平面参数为终端参数的线性制导公式并结合牛顿迭代计算出修正轨道的速度增量.利用中心差分公式计算终端参数对控制参数的敏感矩阵.蒙特卡罗仿真表明,在小偏差前提下该方法能够达到制导目标.     

Study of the Enhancement Events of Relativistic Electron at the Geosynchronous Orbit

The high flux of energetic electron on geostationary orbit can induce many kinds of malfunction of the satellite there, within which the bulk-charging is the most significant that several broadcast satellite failures were confirmed to be due to this effect. The electron flux on geostationary orbit varies in a large range even up to three orders accompanied the passage of interplanetary magnetic cloud and the following geomagnetic disturbances. Upon the investigation of electron flux enhancement events, two types of events were partitioned as recurrent events and random ones. Both of the two kinds of events relate to the interplanetary conditions such as solar wind parameters, IMF etc and their evolution characters as well. As for the recurrent events, we found that, (1) all of the events exhibits periodic recurrence about 27 days, (2) significant increase of electron flux relates to interplanetary index and characters of their distribution, (3) the electron flux also has relation to solar activity index. An artificial neural network was constructed to estimate the flux I day ahead. The random electron flux enhancement events are rare and present different distribution figures to the recurrent ones. The figure of the random events and the conditions of their occurrence is also discussed in this paper.      

Designing planetary protection into the Mars Observer mission.

Planetary protection has been an important consideration during the process of designing the Mars Observer mission. It affected trajectory design of both the interplanetary transfer and the orbits at Mars; these in turn affected the observation strategies developed for the mission. The Project relied mainly on the strategy of collision avoidance to prevent contamination of Mars. Conservative estimates of spacecraft reliability and Martian atmosphere density were used to evaluate decisions concerning the interplanetary trajectory, the orbit insertion phase at Mars, and operations in orbit at Mars and afterwards. Changes in the trajectory design, especially in the orbit insertion phase, required a refinement of those estimates.     

Fluctuations of cosmic rays and IMF in the vicinity of interplanetary shocks

Fluctuations of cosmic rays and interplanetary magnetic field upstream of interplanetary shocks are studied using data of ground-based polar neutron monitors as well as measurements of energetic particles and solar wind plasma parameters aboard the ACE spacecraft. It is shown that coherent cosmic ray fluctuations in the energy range from 10 keV to 1 GeV are often observed at the Earth’s orbit before the arrival of interplanetary shocks. This corresponds to an increase of solar wind turbulence level by more than the order of magnitude upstream of the shock. We suggest a scenario where the cosmic ray fluctuation spectrum is modulated by fast magnetosonic waves generated by flux of low-energy cosmic rays which are reflected and/or accelerated by an interplanetary shock.