Extrasolar space exploration by a solar sail accelerated via thermal desorption of coating

For extrasolar space exploration it might be very convenient to take advantage of space environmental effects such as solar radiation heating to accelerate a solar sail coated by materials that undergo thermal desorption at a particular temperature. Thermal desorption can provide additional thrust as heating liberates atoms, embedded on the surface of the solar sail. We are considering orbital dynamics of a solar sail coated with materials that undergo thermal desorption at a specific temperature, as a result of heating by solar radiation at a particular heliocentric distance, and focus on two scenarios that only differ in the way the sail approaches the Sun. For each scenario once the perihelion is reached, the sail coat undergoes thermal desorption. When the desorption process ends, the sail then escapes the Solar System having the conventional acceleration due to solar radiation pressure. We study the dependence of a cruise speed of a solar sail on perihelion of the orbit where the solar sail is deployed. The following scenarios are considered and analyzed: (1) Hohmann transfer plus thermal desorption. In this scenario the sail would be carried as a payload to the perihelion with a conventional propulsion system by a Hohmann transfer from Earth’s orbit to an orbit very close to the Sun and then be deployed. Our calculations show that the cruise speed of the solar sail varies from 173?km/s to 325?km/s that corresponds to perihelion 0.3?AU and 0.1 AU, respectively. (2) Elliptical transfer plus Slingshot plus thermal desorption. In this scenario the transfer occurs from Earth’s orbit to Jupiter’s orbit; then a Jupiter’s fly-by leads to the orbit close to the Sun, where the sail is deployed and thermal desorption comes active. In this case the cruise speed of the solar sail varies from 187?km/s to 331?km/s depending on the perihelion of the orbit. Our study analyses and compares the different scenarios in which thermal desorption comes beside traditional propulsion systems for extrasolar space exploration.     

使用深度神经网络检测Cassini ISS图像中圆盘状星体轮廓

Cassini空间探测器光学成像系统（ISS）拍摄的图像中，很多卫星呈现为面元，其轮廓检测是天体测量的重要工作.使用神经网络方法进行ISS图像中面元轮廓检测.每个ISS图像的像素分为轮廓边缘和非轮廓两类.使用神经网络框架TensorFlow，输入每个像素的9个特征，输出每个像素的分类.利用约3.6万个像素训练该网络，通过380幅ISS图像进行测试.与人工标记结果相比，轮廓像素检测的平均精确率为78.26%，平均召回率为73.32%.以检出轮廓像素作为输入，通过椭圆拟合得到面元的轮廓，所得轮廓与面元真实轮廓吻合良好.研究结果表明该方案能够有效检测出面元轮廓，进而给出假图像星的排除范围.      

深空通信文件传输协议的交织技术研究

引入喷泉编码技术应用于深空通信,对CCSDS文件传输协议进行改进,提出了一种针对深空环境长时延、高误码率、丢包率大和链路易中断等特点的基于数据包交织的文件传输协议。根据深空通信文件传输的业务需要设计了两种不同的级别概率分布,接收端只需要接收到一定数量的数据包,就能够恢复出整个原始信息,无需或需要很少反馈确认信息。仿真验证交织技术能够简化传输协议,减少文件传输时延,增大系统的吞吐量并保证通信的有效性。
     

深空背景下运动点目标探测距离模型研究

红外相机探测运动点目标时,探测能力主要指标为探测距离,而影响探测距离的因素很多,如光学系统工作温度、红外探测器像元尺寸、目标特性等。文章从红外相机点源目标探测基本理论出发,建立了运动点目标红外相机探测距离估算模型,分析了影响探测距离的各相关因素,为深空背景下运动点目标红外相机的指标设计提供理论参考。     

可变参数AWGN深空信道模型特性分析及其仿真

文章在研究深空通信信道的统计特性的基础上,建立了可变参数AWGN（VPAWGN）模型来模拟深空通信信道,主要考虑噪声功率、多普勒频移和路径损耗等参数对信道特征的影响。进一步在Visual C＋＋环境下搭建VPWAGN模型,并对各参数对信道的影响进行验证。     

基于我国VLBI网航天器定位归算仿真分析

结合我国VLBI观测网现状,通过仿真计算分析了观测时延噪声与系统差、预报轨道偏差和测距误差等对航天器定位归算的影响。结果表明,仅利用VLBI跟踪时附加飞行器地心距约束有利于压制定位点的弥散。 3站 VLBI跟踪的定位解是有偏估计,4站跟踪时要求所加约束的误差应与预报轨道偏差相当,若过大将起不到压制定位点弥散的良好效果,若过小则会在定位结果中引入系统偏差。时延与测距的观测噪声主要引起定位点序列的弥散。若观测量存在系统差则将引起定位结果的系统性偏差,而且定位点序列会发生渐近线性趋势跳变。同时,这也可以作为观测量是否存在系统差的判据。另外,若某时刻前后VLBI跟踪站存在3、4站变更,定位点序列有时发生趋势变化。分析结论对于我国后续探月和萤火计划等工程实践具有借鉴意义。     

FX型相关处理方案及野值剔除算法

分析了甚长基线干涉测量等干涉测量技术中FX型相关处理方案存在的问题,提出了一种新的FX相关处理方案。该方案经过两次整数比特时延补偿将两站接收信号相对时延缩小到1 bit内,从而避免了相位卷绕现象的出现,同时省去了原方案中的小数比特时延补偿,接着对新方案的计算量和相关长度做了深入的分析;改进了一种野值剔除算法,使剔除过程不受相位随频率变化趋势的影响。蒙特卡洛仿真和“嫦娥二号”实测数据处理结果验证了改进的准确性和有效性。     

全太阳系深空探测轨迹全局优化(英文)

针对太阳系中全部的248997颗行星的探测问题,给出了一种关于探测飞行器的深空探测全局四维轨迹(t,x,y,z)优化方案,即飞行器从地球发射进入太阳系并采用小推力控制,优化方案的性能指标为飞行器与太阳系中全部行星中相遇和交会的星的数量最多并且燃料消耗最少。本方案给出了四维飞行轨迹进行全局优化的一套算法,该算法由搜索算法和四维轨迹优化算法组成。此搜索算法从太阳系的248997颗行星中寻找获得尽可能多的经过近地球3维走廊内的行星;而四维轨迹优化算法由改进的动态规划算法、基于最优控制理论的共轭梯度算法和静态参数优化算法组成,其中静态参数优化算法用于搜索最优发射时间窗口。基于该组合算法,通过长时间的大规模的飞行数字仿真,最终计算出探测器的四维最优飞行轨迹,在一年内路过了太阳系中全部行星中的12颗行星。     

月球基地结构形式设想

月球基地建设是载人航天、深空探测技术发展的一个重要方面。根据月面环境特点和航天工程需要,对充气式结构和硬式结构的月球基地结构形式进行了分析,讨论了两种结构形式的优势和不足,并提出了基于两种结构形式的组合型月球基地的设想,为将来月球基地的建设提供参考。     

深空探测低信噪比通信研究

与传统无线通信相比, 深空通信由于传输损耗巨大、探测器能量受限且轨道多变等因素, 须解决信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)极低、数据接收不连续及信道参数多变等难题. 针对这些问题, 论述了在深空探测极低SNR下需重点研究的深空天线组阵、编码与调制、联合解调译码、喷泉码以及其自主无线电实现等关键技术, 以有效协助解决上述深空通信难题. 同时, 讨论了这些关键技术的发展趋势及其在未来深空通信中的应用.