Human response to high-background radiation environments on Earth and in space

The main long-term objective of the space exploration program is the colonization of the planets of the Solar System. The high cosmic radiation equivalent dose rate represents an inescapable problem for the safe establishment of permanent human settlements on these planets. The unshielded equivalent dose rate on Mars ranges between 100 and 200 mSv/year, depending on the Solar cycle and altitude, and can reach values as high as 360 mSv/year on the Moon. The average annual effective dose on Earth is about 3 mSv, nearly 85% of which comes from natural background radiation, reduced to less than 1 mSv if man-made sources and the internal exposure to Rn daughters are excluded. However, some areas on Earth display anomalously high levels of background radiation, as is the case with thorium-rich monazite bearing sand deposits where values 200–400 times higher than the world average can be found. About 2% of the world’s population live above 3 km and receive a disproportionate 10% of the annual effective collective dose due to cosmic radiation, with a net contribution to effective dose by the neutron component which is 3–4 fold that at sea level. Thus far, epidemiological studies have failed to show any adverse health effects in the populations living in these terrestrial high-background radiation areas (HBRA), which provide an unique opportunity to study the health implications of an environment that, as closely as possibly achievable on Earth, resembles the chronic exposure of future space colonists to higher-than-normal levels of ionizing radiation. Chromosomal aberrations in the peripheral blood lymphocytes from the HBRA residents have been measured in several studies because chromosomal damage represents an early biomarker of cancer risk. Similar cytogenetic studies have been recently performed in a cohort of astronauts involved in single or repeated space flights over many years. The cytogenetic findings in populations exposed to high dose-rate background radiation on Earth or in space will be discussed.     

月球探测任务测控系统总体设计技术研究

我国的探月工程采用"绕、落、回"三步走发展战略,测控系统作为工程五大系统之一,通过探月工程建成了全球布站的深空测控网和18 m测控网,并圆满完成了历次任务对探测器的测控,在任务分析与设计、测定轨和链路设计等方面积累了大量实战经验。本文以嫦娥四号中继星和探测器两次发射任务为例,系统梳理了我国深空测控网和18 m测控网现状;根据任务需求,从测控覆盖、链路性能、测定轨精度和日凌影响等方面对测控任务实施能力进行了详细分析。以此为基础,对多目标测控、轨道测量和日凌期间的测控方案进行了系统设计。通过对任务期间获取的实测数据进行全面分析,总结了测控实施情况,并对后续工作提出了建议,以期为我国后续月球和深空探测测控通信任务设计提供借鉴。     

国内外行星表面巡视器自主导航技术研究

作为航天技术发展的前沿和趋势,深空探测是人类历史上最为复杂的系统工程之一.星球巡视器是在星球表面移动作业的无人探测系统,能够对星球表面进行大面积、近距离和接触式的考察,是地外星球着陆探测作业的主要手段.星球巡视器导航技术是研究星球巡视器的关键技术之一,其导航自主性能直接影响星球探测计划能否顺利进行.本文首先概述了星球巡...     

基于不同动力引力辅助模型的木星转移轨道设计

针对木星转移轨道设计中动力引力辅助模型选择问题展开了研究。首先,介绍了近心点机动和甩摆后机动2种动力引力辅助模型,给出了2种模型下最优脉冲机动速度增量的解算方法;然后,基于动力引力辅助模型,提出了包含引力辅助的行星际转移轨迹初始设计方法;最后,以木星探测任务转移轨迹设计为例,对比了不同动力引力辅助模型下探测器的燃料消耗情况。仿真结果表明:相比于甩摆后机动方式,近心点轨道机动方式更加节省燃料。基于近心点机动引力辅助模型,最终完成了金星-地球-地球引力辅助序列的木星转移轨迹初始设计,为我国未来采用引力辅助方式的深空探测任务提供了一定的参考。     

返回舱/空间探测器热防护结构发展现状与趋势

针对中国天地往返和深空探测领域对热防护结构的需求，综述了国内外返回舱和空间探测器热防护材料/结构的发展现状，着重介绍了包括蜂窝增强热防护材料、纤维增强热防护材料、组合式热防护结构以及展开式热防护结构等在内的代表性热防护材料/结构的设计理念和性能特征。在系统总结热防护结构发展趋势的基础上，分析了返回舱和空间探测器热防护结构发展中存在的关键问题，可以看出：纤维增强热防护材料在热防护结构重量方面表现出了突出优势，材料拼接设计成为结构发展的重要阻碍；组合式热防护结构设计在现有材料发展水平的基础上，将成为提高热防护结构效率的有力途径；展开式热防护结构有望使航天器有效载荷重量显著提升，但受限于柔性热防护材料性能和结构工艺，仍有待发展。更加频繁的天地往返运输和深空探测项目的开展必将对热防护结构发展产生巨大的推动作用。     

面向小推力变轨的天文组合自主导航方法

针对小行星探测任务对导航系统自主性强、实时性高的需求,研究了一种面向小推力变轨的天文组合自主导航方法。根据工程实践分析并建立了电推进变轨过程中的动力学模型,给出了天文测角测速组合的小行星探测自主导航方案。为克服小行星探测器推力的不确定性,提出了采用自适应交互式多模型无迹卡尔曼滤波(AIMM-UKF)算法,以较少的模型个数实现对导航系统状态的覆盖,克服了模型集合先验信息不准确对导航精度的影响,提高了组合导航系统的鲁棒性和抗干扰能力。最后,通过数学仿真对组合导航算法的性能进行了验证,结果表明本文提出的组合导航方法估计精度更高、计算消耗更小,可满足小行星探测工程任务对导航系统自主性、实时性和高精度的需求。     

基于离子电推进系统的航天器有效载荷能力分析

为预估与提高航天器有效载荷能力,结合航天运输系统理论与离子推力器放电模型,对深空探测任务中以离子电推进系统为主要动力来源的航天器有效载荷能力进行了分析。通过理论推导,构建并揭示了有效载荷分数与深空探测任务参数和电推进系统性能参数的函数关系与潜在联系。结果表明:动力装置单位质量越小,航天器所能达到的最佳有效载荷分数越大;有效载荷分数的高低与离子引出份额、原初电子利用率参数的大小以及任务时间的长短呈正相关;当离子电推进系统可以达到更高的载荷比时,则需要更高的工质利用率作为支持。     

国防计量工作改革的探讨

阐述了国防计量与民用计量的差别，计量工作的原动力以及对国防计量工作改革的探讨。     

高速再入飞行试验再入条件优化设计

飞行器返回再入时将经历极高的气动热环境,因此深空探测返回飞行器,尤其是载人飞船需要通过实际飞行试验验证相关性能,为降低成本和研制风险,通常采用大再入角和相对第二宇宙速度较低的再入速度进行飞行试验。为获得能实现高热流密度验证的最小能量再入任务方案,采用优化设计手段对飞行试验的再入角和速度以及倾侧角控制进行设计,经仿真分析表明,优化结果可达到飞行试验要求的热流密度,并可将再入速度需求降低约2．1 km／s。     

载人月球探测深空站布局体系

针对载人月球探测,在我国现有深空测控资源的基础上,结合其他航天组织,如NASA (National Aeronautics and Space Administration,美国国家航空航天局)、ESA(European Space Agency,欧空局)等分布在全球的深空测控资源,提出了全球深空站布局体系.该体系包括我国深空站在内的8个地面站,大体形成“南四北四,均匀分布”的格局.并以美国“重返月球”计划深空站布局为参照,对比分析了布局体系的测控覆盖、三向测量和干涉测量共视弧段,讨论了布局干涉测量不同观测站三角的测角精度,可以为后续载人月球探测任务提供支持和参考.