Comparative assessment of human–Mars-mission technologies and architectures

We compare a variety of mission scenarios to assess the strengths and weaknesses of options for Mars exploration. The mission design space is modeled along two dimensions: trajectory architectures and propulsion system technologies. We examine direct, semi-direct, stop-over, semi-cycler, and cycler architectures, and we include electric propulsion, nuclear thermal rockets, methane and oxygen production on Mars, Mars water excavation, aerocapture, and reusable propulsion systems in our technology assessment. The mission sensitivity to crew size, vehicle masses, and crew travel time is also examined. Many different combinations of technologies and architectures are applied to the same Mars mission to determine which combinations provide the greatest potential reduction in the injected mass to LEO. We approximate the technology readiness level of a mission to rank development risk, but omit development cost and time calculations in our assessment. It is found that Earth–Mars semi-cyclers and cyclers require the least injected mass to LEO of any architecture and that the discovery of accessible water on Mars has the most dramatic effect on the evolution of Mars exploration.     

勇气号和机遇号火星车定位方法评述

评述了应用于勇气号和机遇号火星车的无线电测控定位、航迹推算、太阳图像确定方位角、视觉测程、光束法平差定位、地面影像与高分辨率卫星影像对比等多种定位方法,分析了其精度、适用范围、进一步发展的潜力等,对中国探月二期工程以及以后的火星探测工程中的探测车定位具南谙餐作昂：     

火星探测器推进系统初步设想

火星探测是深空探测的重要内容之一,全面了解和掌握火星探测器的特点对进行火星探测具有重要意义.本文分析了国外火星探测器推进系统的系统组成和工作原理,介绍了我国火星探测器推进系统的初步设计方案,结合工程应用现状,提出了火星探测器推进系统的关键技术.     

Conceptual study and key technology development for Mars Aeroflyby sample collection

Conceptual study of Mars Aeroflyby Sample Collection (MASC) is conducted as a part of the next Mars exploration mission currently entertained in Japan Aerospace Exploration Agency. In the mission scenario, an atmospheric entry vehicle is flown into the Martian atmosphere, collects the Martian dust particles as well as atmospheric gases during the guided hypersonic flight, exits the Martian atmosphere, and is inserted into a parking orbit from which a return system departs for the earth to deliver the dust and gas samples. In order to accomplish a controlled flight and a successful orbit insertion, aeroassist orbit transfer technologies are introduced into the guidance and control system. System analysis is conducted to assess the feasibility and to make a conceptual design, finding that the MASC system is feasible at the minimum system mass of 600 kg approximately. The aerogel, which is one of the candidates for the dust sample collector, is assessed by arcjet heating tests to examine its behavior when exposed to high-temperature gases, as well as by particle impingement tests to evaluate its dust capturing capability.     

机载校飞监控系统的设计与仿真

由于校飞用合作目标载体的变化,导致原有监控系统不能适应,必须设计一套校飞控制系统来保障设备操控要求。对系统的软、硬件进行详细设计,在Proteus中进行硬件仿真,通过构建虚拟环境,进行软件级联测试,表明该系统设计完全满足校飞任务需求。     

深空探测自动采样机构的特点及应用

利用自动采样机构获取星体表面土壤或岩石样品,并将收集到的样品返回实验室进行分析研究是我国未来深空探测需要解决的关键技术.文章分析了深空探测自动采样机构应用及研发的现状,将采样机构分为挖取式自动采样机构、钳取式自动采样机构、研磨式自动采样机构、钻取式自动采样机构及其它新型采样机构几种类型,分别论述了这些深空探测自动采样机...     

火星全球导航卫星系统

讨论了建立类地行星全球导航定位系统的意义,并对火星全球导航卫星系统星座的布构型进行了初步分析设计.对不同导航星座的覆盖特性与导航定位性能进行了评估,给出了最佳星座设计,它可以作为将来建立火星导航卫星系统的星座设计参考.     

一种超音速环形引射器冷流缩比试验方法

在超音速引射器的设计中,为开展引射机理及启动特性等研究,需进行模拟试验;同时,通过试验可验证数值计算结果的正确性与合理性,从而优化设计.文中提出以冷空气作为引射和被引射介质,采用缩比试验模型,通过模拟喷嘴生成被引射气流,简化了试验设备.数值计算结果与试验结果符合较好,正确预测了引射管道出口处出现的正激波,真空舱压强满足...     

月球探测技术--轨道设计和计算

分析了月球探测器的受力情况及其对轨道运动的影响。经简化和假设后 ,给出了探月轨道设计常用的各种力学模型和计算公式 ,并对其应用作了评述。最后介绍了奔月过程中工程上使用的 3种典型方案和各自的优缺点。     

绕月自由返回轨道的设计与分析

绕月自由返回轨道用于早期载人登月任务及相关试验任务,对保证任务成功起了重要作用。作为可选的轨道飞行方案之一,其对当前及未来的月球探测任务设计仍具有重要的工程意义。文章阐述了给定约束条件下绕月自由返回轨道的设计方法,并基于该方法分析了绕月自由返回轨道的相关特性,为任务设计和分析提供了基础。     

固体火箭发动机冷增压试验系统的设计与应用

针对固体火箭发动机药柱点火瞬态过程应变难以测量的工程难题,研制了固体火箭发动机冷增压试验系统.该系统利用高压气体对药柱内腔进行加压,模拟发动机点火增压过程,实现了药柱内表面应变的实时测量.利用该系统对某型号固体火箭发动机进行了冷增压试验,并将试验结果与数值仿真结果进行了对比,二者相对误差在8％以内.该试验系统操作方便,...     

采用MPPT技术的国外深空探测器电源系统综述

最大功率点跟踪（MPPT）技术能够最大限度利用太阳电池阵输出功率,对于光强和温度变化较大的深空探测器,具有一定的优势。对MPPT电源系统拓扑结构及其在国外深空探测领域的典型应用,如＂罗塞塔＂（Rosetta）、＂信使＂（MESSENGER）探测器电源系统等,进行了调研和综述,分析了3种MPPT拓扑结构的特点,并指出光强、温度等空间环境因素,以及负载特性、系统稳定性对电源系统的影响,可为MPPT技术在我国深空探测器电源系统设计中应用提供参考。     

用于平台连续瞄准和校准的卡尔曼滤波器

本文为提高制导精度,讨论了用于惯性平台的连续瞄准、校准的卡尔曼滤波器,介绍平台系统和加速度表的误差模型、参数辨识的卡尔曼滤波方法及重力残数加速度表校准原理。     

二级摇摆伺服机构供电系统可靠性分析

某型二级摇摆伺服机构要求在地面热试车全过程中由试验台提供稳定可靠的直流电源,原二级摇摆伺服机构供电系统为单一的整流器供电模式,试验过程完全依赖市电进行转换,没有任何其他保障措施,可靠性受到很大影响.为此,提出2种供电方案,通过比较分析系统的可靠性和可能发生的故障,最终选择了整流器和电池组相配合的供电方式.试验测试性能结果表明：这种供电方式完全满足试车任务的需求并具有较高的可靠性.     

液体火箭发动机涡轮泵机械密封磨损机理研究

对比分析了机械密封静环端面原始表面和磨损表面形貌,得到了磨损形式和内外径磨损差异;仿真分析了密封端面接触应力及温度场,分析了转速、介质压力等条件对端面接触应力和温度场的影响;探明了端面接触应力和温度变化对磨损性能的影响,阐述了机械密封的磨损机理。     

直角滑环式组合型金属橡胶密封件的密封机理及应用研究

针对具体的需求背景，将金属橡胶技术成功的应用于密封结构中。对金属橡胶与聚四氟乙烯组合型密封环的结构设计、制备工艺、主要影响参数、密封性能及模拟试验等进行了系统研究。分析了聚四氟乙烯的表面质量及金属橡胶元件的性能对组合型密封环密封性能的影响。推导了组合型密封环的压缩变形量及接触压力的计算公式。研究结果表明，金属橡胶与聚四氟乙烯组合型密封环的尺寸稳定性及密封性能，完全满足实际工况提出的性能指标要求，其泄漏量是实际工况要求的十分之一。研究结果对利用金属橡胶技术解决空间环境下的密封问题具有重要的参考价值。     

新型含硅芳基乙炔的固化及成炭机理研究

通过FTIR、DSC、TG和XRD等分析了新型含硅芳基乙炔树脂的组成、固化反应、炭化过程、炭化机理及热分解动力学.结果表明,树脂主链上含有Si元素,在222 ℃发生Diels-Alder固化反应;固化树脂的起始热分解温度为380 ℃,900 ℃的残留率为89.5%.热解动力学分析表明,树脂的炭化分为几个阶段,在250～445 ℃阶段,为引发阶段,结构变化小;450～725 ℃为热分解阶段,聚合物的主链破坏并转变为玻璃态炭结构;在830～855 ℃是芳环发生脱氢交联反应引起的放热阶段;860～895 ℃为碳化物逐渐向乱层石墨结构转变,此阶段以后热稳定性高.XRD和拉曼光谱表明, 1 500 ℃处理后出现SiC峰,2 200 ℃处理后出现石墨峰,表明材料在高温处理时可发生部分石墨化.     

卷簧式浅层月壤取样器设计及动力学分析

面向浅层月壤取样,文章设计了新颖的卷簧式可伸缩小型月壤取样器,它包括柔性取样臂和振动式取样头。对取样器进行了动力学有限元分析,研究了取样臂为不同长度时取样头的振动模态及频率响应,得出取样臂一阶横振频率与取样臂长度呈负幂函数关系;对取样器测控系统进行了振动试验,通过扫频方式测量取样臂为不同长度时的自振频率,给出了取样臂长...     

航天器两自由度扫描镜图像运动补偿技术研究

研究航天器的两自由度扫描镜图像运动补偿问题。在姿态估计信息的基础上,给出了一种运动补偿算法。算法中不仅补偿了姿态估计信息,还同时考虑了姿态信息中的长周期系统误差。利用扫描镜在特定工作模式下相对惯性空间的准确定向能力和系统误差的长周期特性,给出了一种系统误差的估计和补偿算法,每隔一定的时间段对系统误差估计值进行更新并加以补偿,进一步提高了扫描精度。基于一颗地球静止轨道卫星的数值仿真结果验证了补偿算法的有效性。     

Variation of the orbital elements for parabolic trajectories due to a small impulse using Gauss equations

Firstly we derive Gauss’ perturbation equation for parabolic motion using Murray–Dermott and Kovalevsky procedures. Secondly, we easily deduce the variations of the orbital elements for the parabolic trajectories due to a small impulse at any point along the path and at the vertex of the parabola.