火星精确着陆制导问题分析与展望

美国火星科学实验室(MSL)任务成功将“好奇”号火星车着陆到火星表面,开创了火星精确着陆探测的新局面。以MSL着陆任务为典型代表,分析了目前火星着陆探测进入、下降和着陆（Entry, Descent and Landing, EDL）过程的制导方案及制导系统的发展趋势。以在火星高海拔、复杂地形区域定点着陆为潜在工程目标,归纳了火星EDL过程面临的制导主要问题。根据未来制导系统自主性和自适应性的技术需求及潜在工程任务制导面临的问题,提出了火星EDL制导方面需要解决的关键技术,并对其在未来工程中的应用潜力进行了展望。     

“火星科学实验室”主要技术突破分析

北京时间8月6日13时31分,NASA新一代火星探测器“火星科学实验室”（MSL）经过8．5个月的飞行,成功在火星表面着陆,并传回第一组火星照片。作为迄今为止最庞大、最复杂、最先进、最昂贵的火星探测器,“火星科学实验室”不仅将使人类对火星的认识发生革命性变化,而且将为美国本世纪实现载人登陆火星计划验证关键的支撑技术。本文着重分析“火星科学实验室”取得的主要技术突破及其对美国载人航天发展战略的影响。     

2020年再游火星

美国航宇局（NASA）研制的三辆火星漫游车已经在火星上各自跑了不少路,于2012年登陆火星的“好奇”号至今仍在运行。虽然载人登火星依然遥遥无期,但NASA决心不断发射探测器到火星上,以延续技术发展,为载人登火星积累经验和知识。根据计划,NASA的下一代火星漫游车将在2020年发射,称为“火星2020”,它将携带“一组精心选择的设备”前往火星。     

美国火星表面探测使命述评（下）

从1975年8月发射（1976年7月着陆火星）的海盗-1探测器以来,美国已成功执行了6次火星表面探测使命,即海盗-1与海盗-2轨道器/着陆器,＂火星探路者＂（MPF）着陆器/巡游车,＂勇气＂与＂机遇＂火星探测巡游车（MER）,以及＂凤凰＂着陆器;而推迟到2011年发射的火星科学实验室（MSL）将火星着陆技术与表面巡游车技术推向一个新的高度。从＂海盗＂着陆器到MSL＂好奇心＂巡游车、美国历经三种火星着陆系统与三代火星表面巡游车技术的发展。三种着陆系统为着陆腿着陆系统（＂海盗＂与＂凤凰＂）,气囊着陆系统（MPF与MER）,以及空中吊机着陆系统（MSL）。三代巡游车为MPF＂旅居者＂巡游车、MER＂勇气＂与＂机遇＂巡游车,以及MSL＂好奇心＂巡游车。现在,美国在火星进入、降落与着陆（EDL）运作与表面避障移动方面,已达到技术成熟与先进的水平,满足安全着陆与表面移动探测的要求。文章阐述美国上述七项火星表面探测使命的立项背景、科学目标与有效载荷、飞行系统组成,以及飞行运作程序;分析美国火星着陆技术与表面巡游车技术的发展。     

火星EDL导航、制导与控制方案综述与启示

进入、下降与着陆（EDL）导航、制导与控制(GNC)对于成功着陆火星起着决定性作用。首先详细地介绍了火星EDL的技术需求与GNC面临的挑战;然后系统地总结了国外历次成功火星任务的EDL导航、制导与控制方案;接着有针对性地梳理了我国现有航天工程任务中可加以利用的技术基础;最后,在对比分析已有技术的基础上,对我国未来的火星探测工程EDL导航、制导与控制技术研发给出了初步的建议。     

美国火星表面探测使命述评（上）

从1975年发射（1976年着陆火星）的海盗-1探测器以来,美国已成功执行了6次火星表面探测使命,即海盗-1与海盗-2轨道器/着陆器,＂火星探路者＂（MPF）着陆器/巡游车,＂勇气＂与＂机遇＂火星探测巡游车（MER）,以及＂凤凰＂着陆器;而推迟到2011年发射的＂好奇心＂火星科学实验室（MSL）将火星着陆技术与表面巡游车技术推向一个新的高度。从＂海盗＂着陆器到＂好奇心＂巡游车、美国历经三种火星着陆系统与三代火星表面巡游车技术的发展。三种着陆系统为着陆腿着陆系统（＂海盗＂与＂凤凰＂）,气囊着陆系统（MPF与MER）,以及空中吊机着陆系统（MSL）。三代巡游车为MPF＂旅居者＂巡游车、MER＂勇气＂与＂机遇＂巡游车,以及MSL＂好奇心＂巡游车。现在,美国在火星进入、降落与着陆（EDL）运作与表面避障移动方面,已达到技术成熟与先进的水平,满足安全着陆与表面移动探测的要求。文章阐述美国上述七项火星表面探测使命的立项背景、科学目标与有效载荷、飞行系统组成,以及飞行运作程序;分析美国火星着陆技术与表面巡游车技术的发展。     

美用“战神”命名新火箭

美国航宇局6月30日宣布了将用于月球和火星探索任务的两种新火箭的正式命名，其中载人发射用火箭被命名为“战神”1，而用于运送重型货物的火箭则被命名为“战神”5。“战神”英文是“Ares”．中文直译为“阿瑞斯”。阿瑞斯是希腊神话中的战神，相当于罗马神话中的战神玛尔斯（Mars，亦即火星）。美航宇局选中这一名称正是基于它与火星的这种关联，     

火星迎来新访客

美国东部时间9月21日晚7点24分,美国国家航宇局（NASA）“火星大气与挥发物演化任务探测器”（MAVEN）成功进入火星轨道,将研究火星高层大气。另外,MAVEN进入轨道后两天,印度首个火星探测器“曼加里安”号也进入了火星轨道并发回火星照片。     

好奇号降临火星

经过约5.7亿千米的长途跋涉,美国东部时间2012年8月6日凌晨1：31（北京时间13：31）,美国于2011年11月25日发射的“火星科学实验室”所携带的好奇号火星车在火星盖尔陨坑中心山丘的山脚下着陆。其主要任务是分析盖尔陨坑的土壤和岩石,探索火星过去或现在是否存在适宜生命生存的环境,可展开为期一个火星年（约687个地球日）的探测。 继续寻找火星生命迹象 总投资达25＇f7_,美元的“火星科学实验室”是迄今最昂贵的火星探测项目,由美国航宇局喷气推进实验室负责管理,波音和洛马公司为主承包商。它是美国火星生命计划的一部分,将挖掘火星土壤、钻取火星岩石粉末,对岩石样本进行分析,探测火星过去或现在是否具有支持微生物生存的环境,从而确定火星是否具有可居住性。为了描述火星的气候特征和地形特征,确定火星上是否有过生命,为载人火星探测做准备,“火星科学实验室”的具体科学探测目标是：了解生物学效应的特点;研究火星岩石和土壤形成和变化的过程;探索火星大气长时间以来的演变过程;确定目前火星上水和二氧化碳的状态、分布和循环情况,以及有机碳复合物的特性和储量;勘测火星表面的化学、同位素、矿物质复合物和火星近表面的地质情况;分析火星表面辐射的光谱特征,包括宇宙银河射线、太阳质子效应和次级中子等;掌握构建生命的物质的含量,如碳、氢、氮、氧、磷和硫。好奇号面临最大的挑战之一就是如何保护火星不受污染。其主要任务是探索火星的过去或现在是否可以作为生命的“避难所”。这就意味着探测器一定不能带有任何的地球病菌和微生物。     

美俄商讨新的火星飞行计划

美俄商讨新的火星飞行计划俄罗斯和美国的火星任务计划者们于今年６月份在美国加州的喷气推进实验室（ＪＰＬ）开会商讨美俄如何在多国空间探索计划中更好地进行合作，该项合作计划可能称作“火星联合”。这一新的计划是由于俄罗斯推迟了原定的“火星９４”和“火星９６’...     

“火星科学实验室”的EDL试验验证技术及启示

介绍了美国"火星科学实验室"(Mars Science Laboratory,MSL)的进入、下降与着陆(Entry,Descent and Landing,EDL)技术验证体系。该体系可分为EDL飞行动力学、EDL飞行系统和EDL子系统3部分,主要基于仿真建立,同时利用海盗号(Viking)探测器时期的试验数据。针对火星EDL技术的验证,分析了我国已掌握的EDL地面试验技术。通过对比结果表明,我国虽然在气动减速、伞减速、动力下降和着陆技术的试验验证均有良好的技术基础,但仍面临有伞充气过程环境恶劣且复杂、减速下降动作多、大底和背罩分离过程内外环境耦合等新问题。最后针对现有技术所面临的关键问题,梳理出适合我国发展的火星EDL验证体系,并提出了解决关键问题的试验验证方案,可为我国火星着陆任务EDL试验验证工作提供参考。     

“凤凰号”火星探测器着陆过程

文章主要介绍了＂凤凰号＂火星着陆器的着陆过程、着陆点选择方法原则、巡航阶段工作任务,对进入（Entry）、下降（Descent）和着陆（Landing）即EDL阶段的蒙特卡罗分析结果和飞行器重建数值结果进行了总结比较。并对＂凤凰号＂相关的经验和教训进行了比较总结,这对中国未来的火星探测以及其他深空探测具有一定的借鉴作用。     

发射短讯

美国的“火星科学实验室”升空 据美国国家航空航天局网站2011年11月26日报道,北京时间2011年11月26日,在美国卡纳维拉尔角空军地面站,用宇宙神-5火箭成功发射了美国的“火星科学实验室”（MSL）,它是NASA旗舰级的行星探测项目,其上装载了一辆汽车大小的火星漫游车——好奇心号（见封二）。“火星科学实验室”项目肩负探究火星多项关键问题的任务,将率先使用精确着陆技术,通过空中起重机把好奇心号放置在“盖尔”环形山附近。好奇心号抵达火星的时间预计是2012年8月6日。     

火星探测进入、下降、着陆过程通信方案

基于火星探测任务进入、下降、着陆过程(Entry,Descent and Landing,EDL)的特点,从信号微弱、高多普勒动态和黑障通信等3方面提出了该过程中通信的主要技术难点;简述了国外成功完成火星表面软着陆探测任务——海盗号、"火星探路者"、"火星探测巡视器"、凤凰号、"火星科学实验室"EDL过程采用的通信方案,并在其基础上进行了归纳总结;详细介绍了EDL过程所采用的直接对地通信、中继通信方案组成、通信能力和关键单机等;论述了中继通信、信号调制、信道编码以及黑障分析、防护与减轻等通信关键技术及其工程现状。最后给出了对我国火星探测EDL过程通信技术方案设计的一些建议。     

核热推进载人火星探测方案设计

针对载人火星探测任务,结合我国现有技术基础,提出我国载人火星探测方案,重点研究载人火星探测任务推进系统的设计。首先,综合考虑载人深空探测任务的约束,采用Pork-Chop图设计了适用于不同任务场景的转移轨迹;然后,参考我国空间站技术,基于核热推进系统设计了我国载人火星探测任务的飞船;最后,对核热推进系统的发动机台数和推力进行了优化,得到了适用于不同任务场景的最优推进系统组合方案。本文所研究内容为我国未来载人火星探测任务提供了有益参考。     

国际空间站将用来验证载人火星探索技术

国际空间站将用来验证载人火星探索技术图１充气式运输居住舱样舱将对接到国际空间站上美国航宇局准备对国际空间站的用途作一次重大调整，让这座４７０吨重的空间设施与开发载人火星探索所需的专用硬件和技术更多地联系起来。该局已初步确定将在２０１４年发射一颗载人火...     

人类登陆火星是否不再遥远 关注NASA2020火星探索计划

很早之前,NAsA便开始利用无人飞船和火星车进行火星探索,从而加深了人们对火星的理解,同时为未来的载人火星探索奠定了基础,而2020年火星探测器项目也将加入NASA的全面火星探测计划。该计划包括当前在火星轨道运行的“奥德赛”号火星探测卫星和火星勘测轨道飞行器、“机遇”号和“好奇”号火星探测器以及近期被发射到火星上层轨道考察的MAVEN火星探测器等。而此次火星峰会的召开,也表明了人类正慢慢的着手将登陆火星的愿望转化为不再虚无缥缈的计划。     

美新一代火星探测器MAVEN成功发射：考察高层大气

美国东部时间11月18日13时28分,NASA研制的“火星大气与挥发物演化探测器”（MAVEN）搭乘“宇宙神V型”火箭,从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空,开始前往火星的旅程。这是美国宇航局第21次火星探测任务。     

美要把空间站补给工作交给私企

美国航宇局（NASA）8月18日选定两家公司参与“商业轨道运输服务”（COTS）计划第一阶段的工作．从而向把国际空间站补给工作交给私营部门迈出了一步。该局希望能用商用火箭为空间站运送人员和货物．以便自己能专注于重返月球和最终的载人火星探测项目。该局主管月球和火星探测工作的官员霍罗威茨说，该局的目标是在航天飞机退役后由商业航天公司为空间站提供支持。他说：“若商业部门能安全、可靠而经济地完成这项工作，那么采购这种服务是再好不过的。”中选的两家公司是空间探索技术公司和火箭飞机-基斯特勒公司。     

踏平坎坷不辍探索美将再次发射火星车

由于运行位置的原因，人类发射火星探测器要‘相机行事”。适时发射可以使探测器在飞往火星时既省时，又省力。这样的机会一般每两年多才出现一次。为了加紧探索火星，美国几年前设立了火星勘测者计划，准备每遇一次机会就发射两颗探测器。1996年发射的头两颗探测器——火星探路者和火星全球勘测者（MGS）均顺利抵达目的地。1998年底和1999年初，美又相继发射了火星气候轨道器（MCO）和火星极区着陆器（MP）（统称火星勘测者1998），但这两颗探测器却在最后入轨和着陆的关头相继失踪，引起广人们对美国火星探索计划的强烈批评。在这种情…