NASA“天体物理探测器任务概念研究”调研报告

<正>为了给《2020年天文和天体物理学十年调查》中的中型任务概念即"探测器概念研究"(Probe Mission Concept Studies)提供输入,美国NASA征集了相关任务概念建议,即"天体探测器任务概念研究"(Astrophysics Probes Mission Concept Studies)。此次征集作为NASA"空间和地球科学"计划框架下的一个研究机会公告(Research Opportunities in Space and Earth Sciences,ROSES),面向     

美军太空对地打击技术的发展

在美国空军提出的各项军事航天任务中,最具军事转型特点的是太空对地打击。太空对地打击是一种关系到国家安全的战略任务。美国从20世纪90年代中期就进行了"太空作战飞行器"(SOV)系统的任务分析和概念研究,研究结果确认太空对地打击是"太空作战飞行器"系统最重要的作战任务。后来,太空对地打击成为美军快速全球打击计划的重要组成部分。在这方面,从美国大陆投送和应用兵力(FALCON)计划及X-37B计划已取得了较大进展,并带动一批能"改变战场游戏规划"的技术。     

Agent协同机制在基于MAS调度系统中的研究

在Agent协同机制,通用部分全局规划GPGP(Generalized Partial Global Planning)和任务环境描述语言TAEMS(Task Analysis, Environment Modeling and Simulation language)基础上,提出一种结合合同网协议、GPGP协同机制和TAEMS任务描述语言的任务分配和调度方法,用以克服基本合同网协议在基于MAS(Multi Agent System)的车间调度中应用的缺点和不足.并建立了任务工作环境的模型,为基于知识的调度提供基本框架.该方法和模型从整体的角度分析问题,提高了调度结果的一致性和优化性.初步的验证表明该方法是有效的.     

欧洲续写探月新篇章

2003年9月28日，欧空局的第一个月球探测器SMART-I(SMART是英文Small Mission for Advanced Research in Techology的缩写，可译为“小型先进技术研究任务”)发射升空，它使欧洲成为继苏联、美国、日本之后世界上第4个独立发射月球探测器的国家或组织。该探测器由阿     

嫦娥三号“玉兔号”巡视器行为规划方法

为支持"玉兔号"巡视器完成对月面较大空间范围的科学探测,对动态任务进行快速规划,提出了一种基于人工智能领域智能规划技术的自动化任务规划方法。提出了行为持续时间和行为效果动态确定的时态规划模型(TP~(DDDE)),设计了描述TP~(DDDE)问题的规划领域定义语言PDDL——PDDL~(DDDE),以及针对TP~(DDDE)问题的启发式规划算法,运用Landmark知识分析规划问题结构,从而设计了合理反映动作前提评估顺序的启发函数。在嫦娥三号任务中,本文方法支撑"玉兔号"巡视器圆满完成了预期的科学探测任务。     

俄罗斯、中国和印度航天器发射数量统计

在美国蒂尔集团(Teal Group)咨询公司2005年发布的空间《全球任务模型》(Worldwide Mission Model)中显示,在2005-2014年间全球计划发射1297个航天器,而2002-2004年的《全球任务模型》中相对应的统计数据分别是1547、1410、1209.     

西班牙发展光学成像卫星

正在研制的"西班牙地球观测卫星"(SEOSat,又称Ingenio)是西班牙高分辨率光学成像卫星,也是西班牙2007-2011年航天战略计划的标志性任务。该项任务旨在向西班牙民间、机构和政府用户提供高分辨率多光谱陆地光学图像,也可面向全球环境与安全监测(GMES)系统和全球综合地球观测系统(GEOSS)内的其他欧洲用户提供图像。总的任务目标是提供测绘、陆地使用、城市管理、水管理、环境监测、风险管理和安全应用方面的信息。这就要求该卫星实现分辨率为2.5m的全色成像和分辨率为10m的多光谱成像。2007年7月,欧洲航天局(ESA)和西班牙工业科技发展中心(CDTI)签署了采购协议,SEOSat项目的研制由ESA监管,CDTI提供任务资金并负责该项目的计划管理。该卫星的基本任务是:①按照西班牙规定的用户需要供应数据服务,包括西班牙本土和重要利益地区(欧洲、南美洲和北非地区)的图像;②提供GMES计划的补充服务,尤其是哨兵-2任务的目标。     

基于DTC和GPGP的多UCAV任务规划方法

以任务分析和环境建模仿真框架作为任务结构的描述模型,建立了无人作战飞机的任务模型描述及任务规划问题描述方法.提出了基于启发式设计准则的无人作战飞机任务规划算法,并在任务规划过程中集成路径规划.以通用局部全局规划协调理论为基础,提出了集成通用局部全局规划协调机制和同步协调机制的多无人作战飞机协同任务规划系统结构,对通用局部全局规划的任务规划过程进行控制和协调.仿真实例证明了任务规划算法的可行性.      

“皇家方舟”——承前启后的英国航母

2003年初，海湾战争再度一触即发之际，英国皇家海军派出“皇家方舟”号前往波斯湾，可能参加美英联军，执行政打伊拉克的任务。“皇家方舟”号属于英国的“无敌”级航空母舰。3艘60年代设计的英国皇家海军“无敌”级航空母舰，现代的任务与当初规划时仅作为反潜作战指挥舰那种单纯目的相比可说是复杂许多。近年来，这3艘“无敌”级航空母舰变得非常繁重，不只是执行作战任务或是海外派遣，也包括人道救援行动或是灾难救助，英国皇家海军现在则为这艘“无敌”级航空母舰规划大规模性能提升计划。     

近地小行星采矿与防御计划发展现状

近地小行星交会、绕飞、着陆与采样返回技术经过数10年的发展日趋成熟。美国的OSIRIS-Rex对C类小行星进行特征分析与采样,日本宇宙航空研究开发机构的“隼鸟-2号”任务目的是小行星深层采样。美国国家航空航天局（NASA）和欧洲空间局（ESA）的小行星探测任务开始转向行星防御领域。NASA的ARM（Asteroid Redirect Mission）计划是开展小行星抓捕与轨道重定向,ESA联合NASA提出了小行星撞击与偏转评估计划,拟对双星系统开展撞击实验,为行星防御提供技术积累。此外,行星资源公司和深空工业公司分别规划了小行星商业采矿的蓝图,并已开展相关的在轨技术验证。对近地小行星的探测历程进行了回顾,重点介绍了OSIRIS-Rex、“隼鸟-2号”、NASA和ESA的行星防御计划及小行星采矿公司的商业采矿战略规划,总结了未来开展行星防御与采矿的关键技术。     

关于2030年前火星采样返回科学任务的展望

火星采样返回对于认知类地行星起源和生命宜居性、奠定未来载人登火基础具有重大意义，是下一代火星探测任务的重点目标。目前美、日、中均已公布火星采样返回任务的计划或相关设想。美国火星采样返回任务预计时间跨度逾10年，将与欧洲空间局合作研制发射样品返回着陆器、样品收集火星车和返回地球轨道器等，将毅力号火星车采集的样品带回地球。日本计划开展火卫一采样返回任务。分析国际采样返回任务方案，有助于中国火星任务的科学目标凝练和工程方案设计。      

苏联无人采样返回任务取得巨大成就

月球(Luna)计划是苏联的两个月球探测计划之一,其第1次任务是1959年1月的月球-1探测器飞越月球,最后1次任务是1976年8月的月球-24采样返回。月球系列计划共成功发射24次,其中7次任务失败。在成功的17次月球任务中,包括2次月球飞越任务,6次月球着陆任务,6次月球轨道器任务,3次采样返回任务。1970年9月-1976年8月,月球-16、20、24进行了3次月球采样返回,共带回月球土壤样品约330g。尽管在实施该月球计划过程中有多次任务发射失败,但这一计划使苏联在月球探测方面取得了多个第一,例如:探测器首次飞越月球;首次进入月球轨道;首次获得月球背面照片;首次实现月球撞击;首次实现月球软着陆;首次实现月球采样返回。     

月面巡视探测器任务规划顶层设计与实现

针对巡视器月面任务规划工程的可实现性,开展了巡视器任务规划顶层设计方法的研究,主要内容包括:任务规划技术特点的梳理与归纳;任务规划输入条件与约束条件的整理,规划变量的统一;任务规划框架的设计,巡视器行为序列与上行控制指令的衔接,针对巡视器行为序列的大模式套用小模式的动态设计等。通过巡视器任务规划工程实现的介绍,说明在巡视器任务规划的顶层设计中,任务的不确定性、部分约束与输入信息的模糊性,是任务规划框架设计以及在后续工程实现过程中需要重点考虑的内容,是与任务规划的工程可实现性直接相关的。     

面向卫星多目标重复观测任务的分层聚类规划

针对敏捷卫星多目标重复观测任务规划面临的可行任务执行序列集合规模庞大困难,提出了一种任务执行序列时间解耦的分层聚类任务规划方法。该方法以规划过程中的可观测窗口和任务执行窗口为聚类对象,通过单次可观测窗口聚类和多次任务执行窗口聚类将任务集合按任务窗口属性分解为一系列时间解耦的小规模集合,在两次任务执行窗口聚类间使用基于贪婪优化的搜索算法对聚类生成的小规模任务集合分别进行集合内任务规划,最后将各集合的任务规划结果合并后得到所有任务的执行序列。仿真结果表明,该分层聚类方法可有效降低全局优化复杂度,消解不同优先级观测任务的冲突,提高任务规划质量,能够在不降低目标点观测完成率的前提下对有多个观测机会的目标点进行重复观测,且算法稳定性好,能在数秒内得出规划结果,适用于星上自主任务规划。     

考虑动态不确定因素的深空探测器任务规划

针对现有的任务规划方法在响应深空动态不确定因素的扰动情况时存在的不确定因素识别度低、响应策略单一等问题,文章提出了一种考虑动态不确定因素的深空探测器任务规划算法。首先,对不确定扰动按从轻到重四个等级进行划分,并采用模糊神经网络评估不确定扰动属于哪种扰动级别,根据评估结果选择对应的扰动响应策略;然后,采用基于分层任务网络规划（HierarchicalTaskNetwork,HTN）的局部任务修复方法,对受到扰动的子系统对应的复合任务重新进行任务分解,完成对初始规划方案的调整修复。仿真结果表明所提出的算法可以有效地对深空动态不确定因素进行评估和响应,从而提高了任务规划的可靠性和灵活性。     

"火星童子军"计划之首项--"凤凰"着陆器

1美国航空航天局火星探测计划回顾 进入21世纪,美国航空航天局(NASA)调整了它的火星探测计划.按照火星发射窗口每隔26个月一次的机会,NASA在21世纪头10年中安排了5次火星探测任务,每2年1次,分别为:     

基于DPSO-SA的低轨预警系统初始任务规划方法

为提高天基低轨预警系统在导弹跟踪任务中的效率,建立了天基低轨预警系统初始任务规划模型.该模型包含跟踪精度、任务完成率和资源松弛度等优化指标,考虑导弹跟踪中目标信息的不确定性,定义并构建了跟踪原子任务的不确定度和动态优先级.在此基础上,提出采用离散粒子群(DPSO,Discrete Particle Swarm Optimization)-模拟退火(SA,Simulated Annealing)混合优化算法求解初始任务规划模型,提高了算法收敛速度、精度以及全局搜索能力.仿真算例验证了模型的优点以及DPSO-SA混合优化算法的有效性.     

"地球观测系统"后续卫星计划

□□"地球观测系统"(EOS)是美国航空航天局(NASA)制定的一项综合性地球观测计划.它以整个地球为视点,对陆地、海洋、大气层、冰以及生物之间的相互作用进行系统化的综合观测.整个系统由卫星发射任务、数据与信息系统和科学研究计划等3部分构成,时间跨度近20年,直至2015年.EOS计划的第1颗卫星在1997年8月发射,截至2005年11月7日共发射了20颗卫星(含失败1颗),预计今后5年内还将陆续发射7颗卫星.     

LISA引力波探测任务正式成为ESA第三个大型空间任务

<正>欧洲空间局(ESA)科学计划委员会2017年6月20日确认探测空间引力波的激光干涉仪空间天线(LISA)任务为ESA宇宙憧憬(Cosmic Vision)空间科学规划下的第三个大型任务(L3)。LISA任务预计于2034年发射,总预算高达10亿欧元。NASA也将参与LISA任务的设计、开发、运行和数据分析工作。2016年美国激光干涉引力波天文台(LIGO)     

一种通用型遥操作任务智能规划方法研究

在地外天体执行遥操作任务时,在复杂约束条件下会出现多分支作业选择困难、事件属性设置复杂等现实难题。提出了一种通用型任务智能规划方法——分层规划对象模型(Hierarchical Plan Object Model,HPOM),巡视器在地外天体作业时,其分解为多选项作业、带约束行为、多分支指令序列、参数化虚拟指令4个层次,将带约束行为表示的计划转化为行为规划问题进行求解,获得求解方法集合。采用“人机协同迭代求解”(Human-In-The-Loop,HITL)的处理流程,生成指令序列以期实现对不同规划粒度方案的一致性验证。该方法已成功应用于“嫦娥四号”(Chang'E-4,CE-4)任务,为任务圆满成功提供了技术支撑。