质谱计在行星系统与小天体探测中的应用

质谱计多次应用于行星系统和小天体的大气层与土壤吸附气体或挥发组分及其同位素含量探索,是太阳系行星系统和小天体探测计划中的首选载荷之一。大气和土壤元素及其同位素组分探测对资源勘探、行星系统的宜居性、天体演化、起源及其重要事件的精准时间坐标研究等具有重要意义。质谱计已多次成功应用于火星、土星系、木星系、彗星等探测任务中开展大气环境探测。质谱计的探测对象主要包括太阳系行星、行星卫星如月球、木星伽利略卫星、土卫,以及地外小行星和彗星。四极杆质谱计在当前的深空空间环境探测活动中应用最为广泛。利用四极杆质谱计除可用于探测稀薄天体大气与土壤析出气体外,如增加抽真空能力的前端设计,则具备探测稠密大气成分的能力。中科院空间中心研发的星载质谱计已多次成功应用于地球行星大气成分和密度探测。     

最新消息

月球形成时曾撞击地球据新华社华盛顿５月３１日电，根据克莱门汀－１月球探测器发回的数据，美国夏威夷大学科学家保罗·卢西认为，月球曾是火星大小的天体岩石，撞击地球后被反弹到空间，形成地球唯一的天然卫星。美专家拍摄到雪茄形小行星图像美国航宇局的科学家借助于新型深空跟踪雷达系统，拍摄到了太阳系中一颗长约４．８千米的雪茄形状小行星的图像。即使在观测能力极强的天文望远镜上，小行星通常也只以遥远光点的形式出现，然而在１９９４年８月间，雷达对在小行星中排名第１６２０号的“地理星”进行为期一周的探测后，揭示了这一…     

太阳系探测的发展趋势与科学问题分析

分析了太阳系探测的发展趋势,认为从月球到火星是未来太阳系探测的主线,太阳系探测将从普查性探测向重点天体探测转变,从技术实现为主向科学牵引转变,国际合作成为太阳系探测的必然趋势。归纳了太阳系探测的关键科学问题,认为太阳系与行星系统的起源和演化是探测的终极科学目标,寻找地外生命和宜居环境是探测的主要驱动力,预防太阳活动和小天体撞击对地球的灾害性影响是探测的现实意义。在探月工程取得进展之后,中国应以月球和火星探测为主线,以火星探测为切入点,有序开展火星、小行星、太阳、金星、木星系统等太阳系探测任务,牵引航天技术进步,推动行星科学发展。     

载人航天连续报道 21世纪载人航天活动展望(5)

3.3　对太阳系其它天体的探测□□在对太阳系的开发和利用中 ,除了月球和火星外 ,还应该考虑小行星以及一些外层行星的卫星。在火星与木星运行的轨道中间有一条小行星带 ,带中有数以万计的小行星。它们大小不等 ,最大的直径有 1 0 0 0 km,最小的仅有卵石大小。如果将所有小行星的质量加起来 ,可构成一个直径为 1 50 0 km的球 ,相当于半个月球大。有 75%的小行星的组成相似于太阳 ,主要是氢、氦和一些挥发性物质 ;有 1 7%的小行星由铁、镁和硅酸盐组成 ;其余的小行星则完全由金属铁组成。对小行星的探测主要是要开发利用它的氢和金属资源。氢…     

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。      

苏联新的行星飞行计划

据访问美国约翰逊空间中心的苏联科学家说,苏联将扩大它的行星飞行计划,制定探索月球及深空其它天体的新计划。新的行星飞行计划包括:在近15年内,苏联打算首次进行月球极轨道的飞行;首次在一颗火星的卫星上放置着陆器;首次探测一颗小行星;还将研制新的金星飞行探测器。苏联科学家对上述新飞行计划的内容做了如下介绍:     

空间探索

编者按:从1958年美国和苏联启动探月计划开始,一些航天大国都先后开展了多种类型的深空探测活动,成为人类了解地球、太阳系和宇宙的一个重要手段。1959年1月2日苏联成功发射了世界上第一个空间探测器—月球-1以来,人类已相继发射了拜访月球、太阳系各大行星以及小行星和彗星等多种空间探测器,有的空间探测器甚至还飞到太阳系以外去揭示更遥远的深空奥秘。通过深空探测,可以帮助人类了解太阳     

空间激光干涉引力波探测器轨道修正方法

针对空间激光干涉引力波探测器轨道修正问题，提出一种基于虚拟编队构型设计的航天器轨道修正方法。空间激光干涉引力波探测器由3颗航天器组成等边三角形构型。由于入轨误差和摄动的影响，探测器的构型不稳定。假设名义轨道上运行着一颗理想航天器，实际轨道上的真实航天器与之组成虚拟编队，探测器的3颗真实航天器分别与对应的理想航天器组成3个虚拟编队。考虑探测器构型稳定性要求和摄动的影响，对虚拟编队的构型进行设计，进而求解航天器平均轨道要素修正量。求解得到的航天器平均轨道要素修正量小于偏差量，轨道修正通过四脉冲控制实现。数值仿真结果表明，该方法通过部分轨道修正满足了探测器的构型稳定性要求，具有减少燃料消耗、延长任务寿命的潜力。      

中国深空探测器技术的发展与展望

□□人类所生存的地球，只是浩瀚宇宙中的沧海一粟。自古以来，随着科学技术的进步和发展，了解太空、探索地球以外的物质，一直是人类不懈追求的目标。人造地球卫星、载人航天技术的发展，使人类认识宇宙的目光越来越远；而探索更深更广的太空，则成为了现代人类航天活动的一个主要方向。深空探测主要包括对月球的探测、行星及其卫星探测和行星际探测三大方面。深空探测对人类了解太阳系的起源、演变历史和现状，通过对太阳系内各主要行星的比较研究，进一步认识地球环境的形成与演变、探索生命的起源和演变以及积极开发和利用空间资源具有…     

基于InSAR任务性能要求的编队轨道构型设计

为使卫星在飞过特定经纬度地面上空时对应特定的空间基线形式,系统的其他参数常受制于诸多限制,只有编队构型可以进行更为自由的设计。以双星编队为例,研究了基于轨道摄动理论的编队飞行模型;分析了编队飞行InSAR卫星的轨道设计约束条件与设计目标;提出了四种轨道构型方案并对其测高性能进行比较;并分析了地球扁率摄动因素对编队构型及InSAR测高性能的影响。     

GNSS遥感探测卫星星座设计

随着全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）掩星大气探测技术的兴起，GNSS遥感探测数据在气象数据资源中逐步占据重要地位，但是目前的掩星探测数量远不能满足数值天气预报等应用的需求，未来更需要充分利用GNSS信号资源，开展更大规模的GNSS掩星卫星星座探测.本文以世界气象组织发布的大气海洋数据需求为参考，提出新一代GNSS遥感探测星座任务需求与设计约束.在理想大气模型假设下，利用几何解析方法研究了探测卫星星座构型参数对探测性能的影响，并建立了新一代GNSS遥感探测卫星星座设计基本准则.以风云卫星为子星座，给出了星座规模同为40颗的三种GNSS遥感探测微纳卫星星座设计方案.研究结果表明，具备该规模的探测星座可满足数值天气预报等气象应用的最低数据需求，三种构型方案中，由高、中、低倾角三组Walker子星座与风云卫星子星座组建的GNSS遥感探测星座探测性能最优.      

Orbit insertion error analysis for a space-based gravitational wave observatory

Constellation is required to be highly stable over several years for a space-based gravitational wave observatory. However, the stability of the constellation can be affected by orbit insertion errors. The effects of orbit insertion errors on the constellation are mainly studied in this paper. Firstly, Monte-Carlo, Unscented Transformation Covariance Analysis Method (UTCAM) and Spherical Simplex Unscented Transformation Covariance Analysis Method (SSUTCAM) are used for simulation. The results indicate that UTCAM and SSUTCAM are highly efficient in calculating, with a relative error of less than 6%. Therefore, it is concluded that because of their accuracy and high efficiency, UTCAM and SSUTCAM can be adequately used in orbit insertion error analysis for a space-based gravitational wave observatory. Secondly, SSUTCAM is used to study the effects of position and velocity errors on the constellation. For the case in this paper, when the position error does not exceed 300 km, and the velocity error does not exceed 4 cm/s, the constellation remains stable.     

基于自适应滤波的编队卫星实时相对定轨

提出基于自适应滤波的编队卫星实时相对定轨算法,利用2005-12-09—10两颗GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）卫星的GPS（Global Positioning System）实测数据进行实时相对定轨试验计算,采用JPL（Jet Propulsion Laboratory）轨道对试验结果外部检核,结果表明:①自适应滤波相对定轨通过自适应因子,可以较好地平衡编队卫星的观测信息和相对动力学信息,其相对定轨结果精度优于Kalman滤波相对定轨结果;②自适应滤波相对定轨结果随着星间基线缩短而精度提高;③两颗GRACE卫星采用单频伪距和广播星历进行自适应滤波相对定轨,可以得到精度优于6cm的星间基线。     

火星探测微流星体环境模型及风险预测

微流星体是自然存在的微型天体.在太阳系空间范围内,微流星体的主要起源为彗星及小行星.在地球至火星的空间范围内,微流星体的飞行速度范围为24.13~42.2km·-1.高速飞行的微流星体一旦撞击火星探测器,将有可能对探测器造成毁灭性的损害.本文基于太阳神探测器的观测结果及彗星轨道观测统计结果,针对火星探测,分别建立了地火转移段及环火飞行段的微流星体环境模型,并基于有限元离散方法建立了火星探测任务的微流星体碰撞风险预测方法.设计了一个虚拟火星探测器,分别对其在地火转移段及环火飞行段的微流星体撞击通量进行了分析.结果显示,在探测器有效任务期内,探测器正面受微流星撞击次数约为背面的10倍.根据本文模型计算结果,将探测器顶板铝合金蒙皮的厚度增加至0.7mm后,在整个任务周期内可将探测器正面受微流星体撞击出现击穿损伤的风险降低为每平米7次.      

星载InSAR空间基线指向优化与设计

分布式卫星SAR系统是近年来受到广泛重视的一种新的雷达成像手段,其中分布式InSAR充分利用编队星座卫星间构成的空间基线进行干涉测高,从而实现立体成像.在InSAR系统设计中,解决好编队星座的设计问题是实现高性能成像的前提和保证,合理的星座构形设计有助于提高测高精度,从而获得高品质的雷达成像效果.从InSAR测高精度分析结果入手,由飞行力学角度阐述星间相对运动对测高精度产生的影响,并基于分析结果给出了一种有别于现有星座的特色编队构形,并对其性能进行了初步分析.      

小行星远距离抵近轨道

讨论了小行星引力一阶项可被忽略情况下的小行星远距离轨道设计及动力学。此时,航天器的运动受太阳引力和太阳光压的影响。航天器和小行星的加速度之差在这两者之间形成的独特的相对动力学,为航天器在小行星附近停驻与观测提供特定轨道。完整解决了小行星处于圆形日心轨道这一较简单情况,也考虑和阐述了椭圆轨道情况,并取得了一些初步结果。     

“新视野号”探测冥王星及柯伊伯带综述

迄今为止飞得最快的航天器、人类发射的第一个冥王星探测器——"新视野号",经过约9年的行星际旅行,于2015年1月15日抵达距地球约47亿千米的冥王星附近,开始探测冥王星、冥卫、以及它们所处的柯伊柏带其他天体。柯伊柏带是1992年才发现的太阳系新大陆,虽然冥王星已被重新定义为矮行星,却从一颗颇具争议的行星成为数千颗冰冻小天体的"领头羊"。本文介绍了"新视野号"的科学目标和有效载荷,分析了"新视野号"采用的探测器长期休眠、木星借力、太空核能等关键技术,探讨了冥王星和柯伊柏带探测的意义。作为太阳系的冷库,柯伊伯带天体保留着太阳系形成时的原始状态,对它的探测,有助于揭示太阳系行星形成时的关键环节。"新视野号"也可能发现新的太阳系行星,其成果将有助于我们更深入地认识太阳系。     

编队飞行卫星群相对轨道摄动运动分析

编队飞行卫星群在运行过程中将受到各种摄动因素的影响,相对运动队形可能受到破坏而影响飞行任务的完成。针对中、低轨道编队飞行任务,分析了各种摄动因素对编队卫星相对队形的影响;导出了编队飞行卫星群相对队形的稳定条件;最后,结合稳定条件对典型编队队形进行了分析。     

基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述

为统一描述编队飞行卫星中主从星的相对位置和姿态参数,利用对偶四元数,建立编队飞行卫星运动学模型,分析其物理意义,提出了基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述的划船算法,并利用这一算法解算出相对位置和姿态参数,突破了传统方法中将卫星轨道和姿态分而治之的方式。仿真结果表明该算法科学合理,能够有效描述编队飞行卫星间的相对位置和姿态。     

星间DOWRT中的相对论效应分析与修正

推导了双向单程测距与时间同步(DOWRT,Dual One-Way Ranging/Time Synchronization)的解耦方程,分析了空间动态下DOWRT法的计算方法及相对论效应在测距和时间比对中的影响,提出了带有相对论效应修正的DOWRT算法,最后分别仿真分析了低轨编队飞行卫星和导航星座中的距离与时间同步测量中相对论效应引起的误差.结果表明:卫星间采用DOWRT测量方法时,由相对论效应引起的低轨短基线编队飞行卫星间距离测量误差为米级、时间同步误差为亚皮秒级,而在导航星座测量中引起近百米级距离测量误差和高达微秒级的时间同步误差.因此为了实现导航卫星间高精度距离与时间同步测量,必须进行相对论效应修正.