火星等离子体环境探测

萤火一号(YH-1)探测器将对火星空间环境进行独立而深入的探测研究,探测各空间区域的等离子体特性及其对太阳风扰动的响应,以及火星离子逃逸过程,研究太阳风对火星水体损失的影响。为了实现这一目标,萤火一号搭载了等离子体探测包,包括2个离子分析器和1个电子分析器,具有较高的时间分辨率、能量分辨率,可以探测0.02～10 keV的离子、电子,同时能够对粒子的入射方向及1～44 au(1 au=9.1095×10~(-31)kg)质量范围内的离子成分进行分辨。本文阐述了萤火一号等离子体探测的科学意义,并对等离子体包的工作原理,仪器设计进行了介绍。     

一种基于TOF×E方法的空间中能离子探测器设计与仿真

对空间中几十keV到几MeV的中能离子进行成分、能谱和角分布进行测量，具有重要的科学价值和应用意义。中国在载人登月等深空探测计划中明确提出了对中能离子的探测需求，但当前尚未掌握中能离子测量技术。本文提出了一种基于SEE TOF×E方法的中能离子探测器方案，方案包括复合材料二次电子薄膜、电极、位置灵敏MCP探测器和SSD等核心部件的设计，可同时实现对5个方向的中能离子和4个方向的中能电子的测量。结合目前空间粒子探测载荷可实现的硬件时间分辨率、能量分辨率和仿真计算结果，可以发现，该设计可以在40 keV～5 MeV能量范围实现中能离子能谱测量；并能够对40 keV～5 MeV的H离子，45 keV～5MeV的He离子，130 keV～5 MeV的O离子和240 keV～5 MeV的Fe离子进行离子成分分辨；同时可实现对20～500 keV的电子进行能谱测量。     

热离子质谱分析仪的研制及定标

热离子质谱分析是空间等离子体探测的核心技术之一.热离子质谱分析仪采用了半球形静电分析器结合基于碳膜的飞行时间系统方案,是目前应用最广泛、最成熟的空间热离子质谱分析技术.热离子质谱分析仪解决了三项关键技术,即5mV高分辨扫描高压,10~20nm超薄碳膜处理以及30kV超高加速电压.分析仪原理样机在瑞士伯尔尼大学完成了定标试验,实现指标参数如下:能量范围为0.499eV~29.94keV,能量分辨率为10.5%;能够实现离子成分H+,He+,O+的分辨;视场范围为360°×8.4°,角度分辨率为22.5°×8.4°.基于热离子质谱分析仪的研制基础,可以进一步开发出更高质谱分辨、更大探测视场以及小型化的等离子体探测载荷.      

电离层综合探测器数据采集处理单元设计研究

电离层综合探测器(CDI)是一种面向快速响应航天器平台、用于原位综合探测电离层等离子体及未完全电离中性气体的新概念空间环境探测仪器, 实现了对常规平板朗缪尔探针、阻滞势分析器和离子阱质量分析器的小型化、一体化设计与集成. 本文基于USB2.0接口和FPGA (Field-Programmable Gate Array)技术, 选用高集成度的COTS (Commercial-Off-The-Shelf)器件, 对CDI多通道数据采集处理单元的系统方案和硬件设计进行研究, 并对FPGA的逻辑资源利用情况和Fusion器件内部ADC采样以及FIFO (First Input First Output)读写时序进行了仿真和分析.      

基于SIMION软件的空间等离子体探测器的数值仿真

空间等离子体探测器采用带偏转板的柱形静电分析器作为传感器,具有大于320°探测视场,可探测约10eV～30keV的热等离子体。利用SIMION软件采用均匀随机抽样建立粒子源的方法仿真探测器的基本特性参数:静电分析器因子、能量分辨率、偏转板因子和偏转角。仿真结果与实测结果吻合很好。静电分析器因子的仿真与实测结果偏差为3.2%,能量分辨率仿真与实测结果偏差为1.5%,偏转角-偏转板因子的关系式与实测结果的相关系数为0.999 4。仿真结果可以有效地应用于该类仪器的设计和定标过程中。     

各国成功发射的航天器统计表

(1 999年 1月～ 6月 )名称国别发射日期 近地点/ km远地点/ km周期/ min倾角/ (°) 备　注　“火星极地登陆器” +深空 -2美国 1 999- 0 1 - 0 3日心轨道　执行美航宇局制定的火星探测计划的空间探测器“中华星” - 1中国台湾 1 999- 0 1 - 2 7595 60 5 96.6934.98　中国台湾第 1颗科学卫星　“星尘”探测器 美国 1 999- 0 2 - 0 7日心轨道 　“发现计划”的第 4次任务全球星 - M36全球星 - M2 3全球星 - M38全球星 - M40美国 1 999- 0 2 - 0 91 3371 32 31 3431 0 0 51 3561 3381 40 41 0 321 1 2 .611 1 2 .2 61 1 3.2 01 0 5.5252 .0 0…     

嫦娥一号卫星太阳风离子探测器离子流量反演太阳风参数与初步结果分析

嫦娥一号卫星(Chang'E-1)上搭载的两台太阳风离子探测器(SWID-A/B)是国际上首次在200 km极月轨道观测等离子体环境的探测仪器.SWID-A/B的科学目标是探测月球附近等离子体与月球的相互作用,获得月球附近的太阳风速度、密度和温度.太阳风离子探测器的观测数据是各能量成分离子流量的直接反映,包含了太阳风离子的速度、密度和温度信息.本文设计了一种利用离子流量数据反演太阳风速度、密度和温度的算法,并通过模拟太阳风离子注入探测器的过程,验证了算法的可行性.对月球附近太阳风离子基本特征的分析研究表明,在太阳活动低年,空间环境扰动水平相对较低时,行星际太阳风运动到月球附近后依然保持着相同的变化趋势;太阳风离子的速度和密度与在上游行星际空间时相近;太阳风离子的温度则比在上游行星际空间时高103 K.     

近月空间带电粒子环境——“嫦娥1号”“嫦娥2号”观测结果

“嫦娥1号”（CE-1）、“嫦娥2号”（CE-2）都安装了1台太阳高能粒子探测器（High-energetic ParticlesDetectors,HPD）和2台太阳风离子探测器（Solar Wind Ion Detectors,SWIDs）,进行了月球轨道200 km和100 km空间环境探测,获得了月球轨道空间高能带电粒子（质子、电子和重离子）能谱随时间的演化特征、等离子体与月球相互作用特征以及太阳风离子速度、密度和温度参量。空间环境探测数据分析结果表明：太阳活动低年、空间环境扰动水平相对较低、月球处于太阳风中时,近月空间带电粒子环境的基本特征与行星际空间相比变化不大。CE-1、CE-2在轨运行期间,发现了多起0.1～2 MeV能量电子急剧增加事件,这些事件发生在月球从太阳风运动到磁尾的所有空间区域,其中20%的事件伴随着卫星周围等离子体离子加速。模拟和统计研究表明：能量电子急剧增加使得绕月卫星和月球表面电位大幅下降导致了离子加速现象的发生;能量电子总流量大于10¹¹ cm^-2时,绕月卫星和月球表面充电电位可达负的上千伏。此外,月表溅射与反射太阳风离子、太阳风“拾起”离子等空间环境事件的发现,揭示了太阳风离子和月球存在复杂的相互作用过程。     

美芬联合研制卡西尼飞行器上的离子探测器

据１９９３年１２月６～１２日的美国《空间新闻》报道，美国和芬兰的联合研究小组，现正研制卡西尼探测器上用的离子探测器，卡西尼飞行器拟于本世纪末探测土星。该离于探测器由美国洛斯阿拉莫斯国立实验室和芬兰技术研究中心合制，它已于１９９３年１１月完成了定型试验。其能在卡西尼飞向土星时测量太阳风及其与土星磁层的相互作用。美芬联合研制卡西尼飞行器上的离子探测器@希舜     

主带小行星采样返回任务中的离子电推进应用方案

由于离子电推进的高比冲特性,采用它执行小行星探测器巡航阶段轨道机动任务时,将使探测器在同样的有效载荷下的发射重量大大减轻。针对我国规划中的主带小行星采样返回任务,调研了国外离子电推进在深空探测任务中的应用情况,在借鉴国外成功经验和任务需求分析的基础上,设计了主带小行星探测器离子电推进系统方案和应用策略,计算了在目前离子推力器寿命水平下,既定探测任务对离子电推进推力、比冲、推进剂量以及功耗需求。研究表明,目前研制的离子推力器可以满足规划中的主带小行星探测任务需求。研究成果对探测器的方案设计有参考价值。     

有大气行星悬飞探测初步设想与可行性探讨

提出了一种有大气地外行星悬飞探测方式,该探测方式是利用被探测天体存在大气的环境特点,实现探测器在被测天体的"飞行"机动,克服目前已有的环绕探测、着陆探测、巡视探测和采样返回探测四类无人深空探测方式受地形、地貌约束无法实现大范围机动就位探测的不足。提出了悬飞探测器的典型任务工作模式设想,建立了悬飞探测器的六自由度动力学模型,并针对太阳系内典型的有大气行星环境(火星和土卫六)特点,给出了悬飞探测器的动力学特性并开展了仿真分析。在此基础上,首次提出了悬飞探测器的可行性约束系数,为悬飞探测器在深空探测的可行性研究提供了理论依据。     

苏联将发射火星探测器

苏联将在1988年中期发射一颗双体探测器,进行火星飞行,详细研究火卫一(Ph-obos)。这颗三轴稳定探测器携带主动激光和离子发射装置,以及雷达。采用和火卫一同步的轨道,使探测器相对火卫一的速度为2～5米/秒,并有15～20分钟的时间与火卫一的表面相距仅50米。在这段时间里,用激光和离子束射向火卫一表面,研究表面的岩石成分;雷达探测火卫一表面的地形和地层结构。这个探测器也将用光谱仪研究火星大气的化学成分。     

用于火星探测的电子分析器定标

用于火星探测的电子分析器采用了带偏转板的同轴圆柱形静电分析器, 该传感器方案在满足性能指标的同时实现了小型化. 利用法国空间辐射研究中心(CESR)的电子源, 对电子分析器两个传感器通道的静电分析器因子、能量分辨率、偏转板偏转因子、 方位角分辨率和极角分辨率进行了定标. 给出了上述参数的定标结果, 并对结果进行了分析. 结果表明,仪器的能量范围、能量分辨率、方位角视场及角度分辨率等参数均优于指标要求. 定标结果为电子分析器在轨数据处理和分析以及在轨运行参数设置提供了依据.      

国外火星探测发展态势分析

正2020年是火星探测任务发射大年,多项火星探测器发射升空,包括阿联酋的希望号(Hope)、中国的天问一号(Tianwen-1)和美国的"火星2020"(Mars 2020)。一直以来,火星探测都是空间探测的热点之一。自苏联1960年发射人类首个火星探测器、揭开火星探测的序幕开始,美国、俄罗斯、欧洲、日本和印度等航天国家/地区陆续开展了火星探测活动,取得了大量的探测成果和重大发现。近年来,韩国、阿联酋等国家也开始涉足空间探测领域,提出月球和火星探测计划。     

2023年国外深空探测领域发展综述

<正>2023年,国外共发射7次深空探测任务,包括3次月球探测、1次木星系探测、1次科学观测、1次太阳探测和1次小行星探测任务。美国发射“赛琪”（Psyche）小行星探测器;欧洲发射“欧几里得”（Euclid）空间望远镜和“木星冰卫星探索者”（JUICE）;俄罗斯发射近半个世纪以来的首次月球探测任务——月船-25(Luna-25),但着陆失败;印度成功发射月船-3(Chandrayaan-3)和阿迪蒂亚-L1(Aditya-L1)太阳探测器;日本成功发射“小型月球探测着陆器”（SLIM）。     

人类行星探测活动的回顾与展望（下）

三、令人生畏的金星探测除了美国水手－２、５、１０外，曾探测过金星的主要是表２中列出的前苏联金星－１～１６探测器和维加－１、２探测器，以及美国的先驱者－金星－１、２和最新型金星探测器麦哲伦号。此外，前苏联还做过许多次探测，但均以失败告终。金星像一个吃人...     

2022年全球深空探测领域发展综述

<正>2022年，全球深空探测活动持续推进。主要航天活动涉及我国已经落月运行的嫦娥四号、玉兔二号探测车及天问一号火星探测器，美国国家航空航天局（NASA）发射的阿尔忒弥斯-1(Artemis-1)任务和地月自主定位系统技术操作和导航实验“顶石”（CAPSTONE）探测器任务，韩国的“达努里”（Danuri）探测器任务，日本的白兔-R(HAKUTO-R)探测器任务及其搭载的阿拉伯联合酋长国的“拉希德”（Rashid）探测器任务。国内多家科研单位联合发布关于月球、火星研究的科研成果。     

汞离子微波频标汞光谱灯设计

汞离子微波频标由于其体积小、指标高的优势,未来将在卫星导航、深空探测和守时中得到广泛应用。汞离子微波频标的优势在于利用汞灯进行抽运,可实现小型化。而汞灯的指标会限制汞离子微波频标的物理极限,因此汞灯的设计尤其重要,通过大量的实验完成了汞灯的设计。测试指标如下,功率稳定度大约2.5%,测试时间为3天;194nm与253nm谱线能量比约1/45,通过滤光泡可改善为1/3。     

美国“黎明”小行星探测器抵达谷神星

<正>2015年3月6日,美国航空航天局(NASA)的"黎明"(Dawn)小行星探测器抵达谷神星,从而成为首个探测矮行星的探测器、首个探测谷神星的探测器,还成为首个探测两个独立地外天体的探测器。"黎明"于2007年9月27日由德尔他-2火箭发射。该项目由喷气推进实验室(JPL)管理,轨道科学公司(Orbital Sciences Corporation)负责探测器的设计和制造,加州大学洛杉矶分校负责任务的科学运行。"黎明"项目的总成本预计为4.46亿美元。     

用于小行星探测的离子推力器技术研究

随着我国深空探测技术的发展,近地小行星的探测已列入实施计划,后续的深空探测活动也在规划中。研究基于国外深空探测技术对离子推力器的技术需求以及应用情况,针对我国小行星探测离子推进技术的应用进行了分析与研究。着重阐述了满足我国首颗近地小行星探测使命的离子推力器研究,以现有成熟离子推力器为基础,对其进行性能提升研究。性能改进后的离子推力器,能够实现40和60mN两种工作模式,通过组合应用,可实现40、60、80、100和120mN共5种推力模式,以满足小行星探测的需求。