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。     

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.     

核热推进反应堆燃料元件发展概述

深空探测作为我国航天领域未来的重要任务之一,需要性能更高的推进系统提供动力。核热推进系统具有高比冲、大推力、长运行寿命、可重复启动等优点,可为未来深空探测任务提供可靠的动力支撑。经过了60多年的发展,核热推进固态堆芯燃料元件被研制出了多种类型,如六棱柱石墨基燃料元件、扭曲条带燃料元件、六棱柱金属陶瓷燃料元件、球形包覆颗粒燃料元件、MITEE型燃料元件、SLHC型燃料元件、Grooved Ring型燃料元件等。总结归纳了核热推进固态堆芯燃料元件的发展状况,提出了发展核热推进固态堆芯燃料元件的关键技术,可为我国核热推进系统燃料元件的研制提供借鉴。     

我国空间推进技术研究现状及发展

空间推进是航天器实现轨道机动和姿态控制的动力源.经过60多年的发展,我国在空间推进方面逐步掌握了化学推进、电推进、在轨补加等一系列关键技术,实现了从常规有毒向新型无毒的转变,以及从化学能推进向更高能量密度推进的升级,形成了型谱化空间推进产品,并成功应用于我国运载火箭、载人航天、人造卫星、深空探测、空间防务等领域,支撑了...     

Manned missions to Mars: Minimizing risks of failure

Some major risks-of-failure issues for the future manned missions to Mars are discussed, with an objective to address criteria for making such missions possible, successful, safe and cost-effective. The following astronautical and instrumentation-and-equipment-reliability related aspects of the missions are considered: redundancies and backup strategies; costs; assessed probability of failure as a suitable reliability criterion for the instrumentation (equipment); probabilistic assessment of the likelihood of the mission success and safety. It is concluded that parametric risk modeling is a must for a risk-driven decision-making process.     

水基推进系统综述

水基推进系统的发展为航天器推进、供电、能量储存、系统构建提供了新的选择。这一系统的核心是一体化可再生燃料电池,它利用太阳能电池帆板提供的电能电解水．产生的氢氧气体既可以用于燃烧推进,又可以通过燃料电池反应重新复合为水进行供电。介绍了水基推进系统的基本组成与工作原理,通过质量估算与性能分析,评估了水基推进系统的工作能力、适用范围及空间应用优势。     

塞式喷管冷流试验研究

结合试验喷管和试验数据,从高度补偿特性、底部气动特性、塞锥截短对性能的影响和塞式喷管流场等四方面,讨论了塞式喷管的性能和气动特点。试验结果表明:塞式喷管高度补偿效果明显,相对钟型喷管在低于设计高度上仍具有高性能;注入一定流量的二次流有利于提高塞式喷管性能,防止底部开闭过渡时推力较大幅度突降;底部二次流的注入使底部开闭过渡点的压比值升高,底部闭合后的压强值增大;塞式喷管型面设计不理想,将在流场中产生激波,降低塞式喷管的性能。     

国外多模式霍尔电推进发展概况及启示

多模式霍尔电推进具有多个工作模式,调节能力强,相对于20世纪80年代以来广泛应用的只有一个工作模式的霍尔电推进器,其优势明显,能很好地适应诸如GEO卫星轨道转移和在轨位置保持,以及深空探测器和空间运输平台的主推进等多种任务,因此得到了广泛研究和应用.国外多模式霍尔电推进发展现状和趋势对我国多模式霍尔电推进的发展具有重要的启示作用.针对我国航天器对电推进的迫切任务需求,定量分析应用多模式霍尔电推进的收益,提出我国多模式霍尔电推进发展的建议.     

俄罗斯火星载人探测技术现状

火星探测是人类探索太空的重要组成部分。俄罗斯在火星探测方面具有丰富的经验和大量技术储备。文章扼要介绍了俄罗斯火星载人探测技术的发展过程,重点阐述了俄罗斯现阶段火星探测方案和关键部件的研制现状和技术能力,对该方案的可行性进行了分析,并对火星探测技术可能的国际合作方式提出建议。     

太阳能热推进的研究与发展

概述了太阳能热推进(STP)的系统组成和工作原理,重点介绍了STP的研究进展、关键技术及其在潜在应用领域中的性能优势,关键技术有高性能太阳能主聚光器的研制和吸收器／推力室高温热结构的设计,并根据国外研究现状,提出了国内开展太阳能热推进研究的若干建议。     

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。     

气动增压器技术及其在空间推进系统的应用

液体火箭发动机用气动增压器技术在航天器推进系统中的应用,产生了一种全新的推进系统一气动增压式推进系统。介绍了气动增压器技术,分析了气动增压器技术应用于空间推进系统的优势和关键技术,并展望了应用前景。     

中国航天固体火箭技术的发展

叙述了20世纪50年代以来中国航天固体火箭推进技术的发展历程,介绍了9种最具代表性的固体火箭发动机的技术特征、研制过程、地面试验和飞行情况,这些发动机分别应用于中国的探空火箭、运载火箭上面级和应用卫星变轨系统。文中还简要地评述了中国固体推进各单项技术的发展水平。     

载人火星探测任务方案构想

提出了一种我国2030年代载人火星探测任务实施方案的构想。通过分批式提前部署方式,分别按货运、载人两个阶段实施对我国载人登火并对火星探测。其中,载人阶段在返回地球时可利用金星借力的方式以缩短整个载人任务周期。利用重型运载和长征五号运载火箭,分别在海南文昌和西昌卫星发射中心发射,实现2030年代的我国载人火星探测。     

固液混合发动机的研制及其应用

本文介绍了固液混合发动机的发展状况,对其关键技术及解决措施进行了论述与分析,对混合发动机的应用研究进行了全面介绍。     

火星卫星的冻结轨道研究

冻结轨道是一种稳定的轨道,地球、火星、月球的卫星因引力场的南北不对称,都存在冻结轨道.由于主星体引力场的不同,它们卫星的冻结轨道也有不同的特性.地球卫星的冻结执道的偏心率非常小,对卫星遥感非常有利,国内外已有相当多的近地遥感卫星采用这种轨道.月球卫星的冻结轨道偏心率随轨道倾角的不同有很大的变化,对月球卫星冻结轨道的研究...     

火星环境对着陆探测任务的影响及设计考虑

火星着陆探测任务环节多、复杂度高、环境不确定性大,历史成功率低于50%。日前我国首次自主火星探测任务“天问一号”已取得圆满成功,在世界上首次一步实现“绕、落、巡”的火星探测。文章对火星着陆探测任务中考虑的火星环境要素及其量化条件的确定过程进行阐述,包括：探测器系统对环境条件的需求,基于此对火星空间环境、大气环境、表面环境各个要素的梳理分析,重点针对影响探测器进入、下降和着陆过程的环境条件进行量化,并确定偏差范围。实践证明以上设计为火星探测器着陆过程的控制和开伞等关键任务环节提供了重要的输入和约束,也为整个任务的圆满成功提供了有力保障。     

塞式喷管热试实验研究

全面介绍了多个塞式喷管的热流实验研究。实验获得了固体推进剂、气氧/酒精及气氧/气氢三种推进剂组合塞式喷管的热试车性能。实验塞式喷管包括了瓦状塞锥和平板塞锥等两种塞锥形式。实验结果表明,塞式喷管特别适合用于飞行高度范围跨度大的固体或液体火箭发动机。气氧/酒精瓦状直锥塞式喷管热试车的效率达到了95%,验证了瓦状塞式喷管的高度补偿特性。一单元塞式喷管和单侧三单元塞式喷管气氢/气氧发动机热试实验成功进行了爆震波多管点火。一单元塞式喷管发动机在CNPR=110附近,效率达到93%～95%;在CNPR=450附近,效率达到96%～98%;在CNPR=1000附近,效率达到93%～96%。单侧三单元塞式喷管发动机在CNPR=50附近,效率达到92%～93.5%;在CNPR=350附近,效率达到95%～96%,预计在设计点的效率不低于98%。     

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.