国外深空探测态势特点与启示（上）

通过对国外主要航天大国在深空探测领域发展过程的梳理,重点分析了各国在无人深空探测技术、载人深空探测技术和地面测控通信技术三个方面的技术发展特点,并从总体角度对其主要技术特征和关键技术进行了深入剖析,从中提炼出对我国深空探测活动的启示,以期对我国深空探测的开展有所借鉴和推动。     

国外深空探测态势特点与启示（下）

通过对国外主要航天大国在深空探测领域发展过程的梳理,重点分析了各国在无人深空探测技术、载人深空探测技术和地面测控通信技术三个方面的技术发展特点,并从总体角度对其主要技术特征和关键技术进行了深入剖析,从中提炼出对我国深空探测活动的启示,以期对我国深空探测的开展有所借鉴和推动。     

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.     

一种新型轮爪式车轮设计与性能仿真

针对当前行星探测车车轮的缺点和不足,结合行星表面的复杂环境,设计了一种新型轮爪式行星探测车车轮,其主要创新点在于车轮的轮爪.对新型车轮进行了受力分析,推导出车轮平稳运动的条件,为设计者提供了一定的理论依据.用Pro/ENGINEER软件建立了探测车的三维模型,并用ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)软件对行星车进行了运动学和动力学仿真.仿真结果表明新型车轮具有较强的越障能力,可以翻越高度超过车轮半径1.4倍的台阶,也可以跨越宽度超过车轮直径的壕沟,能够适应各种地形环境,基本克服了当前行星探测车车轮存在的缺点和不足.      

星型齿轮传动非线性动力学建模与动载荷研究

本文建立了星型齿轮传动的弯扭耦合非线性动力学计算模型,模型中考虑了原动机和负载惯性,齿轮副的啮合综合误差,齿轮的偏心误差,时变啮合刚度以及齿轮的啮合间隙。采用适当的广义坐标变换,将线性恢复力和非线性恢复力共存的动力学方程组统一成矩阵形式,用数值解法获得了在有间隙非线性的情况下受强参数激励和多频激励的系统的动态响应和动载荷历程。最后给出了一个算例,讨论了间隙、齿频误差和偏心误差对齿轮系统的响应、动载荷以及各星轮的载荷分配均匀性的影响。并研究了刚度和误差激励和间隙的相互耦合关系,得出了对星型齿轮传动设计和制造有意义的结论。      

行星齿轮传动动力学特性研究进展

行星齿轮传动由于结构紧凑、承载能力强等优点而广泛应用在各个工业领域。振动和噪声是行星齿轮传动的主要问题。本文从动力学模型、自由振动、响应求解、均载及振动抑制等几个方面对国内外行星齿轮传动系统弹性动力学及相关研究进行了综述。介绍了行星齿轮传动弹性动力学研究中常用的纯扭转振动模型、横向—回转耦合振动模型以及有限元模型,对三种常用的响应求解方法进行了分析和评述。最后指出了需要进一步研究的几个问题。      

深空探测对航天器热控技术的推动

工程热物理学广泛应用于航天领域,一方面解决了具体航天工程问题,另一方面逐步发展成为交叉学科——空间热物理。随着我国在深空探测领域不断拓展,以深空探测器研制中的工程热物理问题为需求背景,推动着航天器热控制技术、防热技术等取得新的发展。文章在介绍深空探测器技术体系的基础上,分析了热设计、热分析、热试验、热控硬件、防热等方面的技术进步,并就深空探测领域进一步拓展对工程热物理发展的牵引进行了展望,分析了工程热物理学与航天技术间相互促进、相互推动的关系。     

月地高速激光通信系统链路特性分析

根据地球、月球、探月卫星的三体运动,针对月地激光链路的建立与保持,分析了地球与月球对链路的遮挡问题,对链路模式进行分析。仿真结果表明:使用3颗月球极轨(Moon Polar Orbit,MPO)卫星来进行通信时,链路中断的次数将大大减少,但是在某些时间段上,仍然受到月球的遮挡而迫使通信链路频繁中断。使用4颗MPO卫星来进行通信时,链路将不再受到月球的阻挡,而仅受到地球的遮挡。同理,增加地球同步轨道卫星的数目可避免地球的遮挡。仿真结果表明,采用2颗地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星建立链路,链路将不会受到地球的遮挡,建立深空科学研究的信息中继中心,采用激光通信技术,实现月地高速激光信息传输,为我国深空探测技术的发展提供支撑。     

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。     

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视器自主导航技术内涵,介绍了国内外巡视器导航技术的研究现状,分析了自主导航技术中地图建模、定位算法与路径规划技术的发展过程,最后指出了星球巡视器导航技术所要急需突破的几个关键技术与发展方向。