气球型深空探测器技术研究进展

气球型深空探测器能够大大提高深空探测的机动能力,它不仅可以获取区域范围内的高分辨率观测数据,而且还可实现不同高度大气的原位测量。文章针对气球型深空探测器按技术特征进行了分类,并简述了各类气球探测器的原理和特点,重点总结了各类气球探测器在金星、火星和土卫六上应用的研究现状。针对我国未来的气球型深空探测器技术发展,提出首先以火星热气球为发展方向,与地球临近空间浮空器技术的发展彼此借鉴,促进关键技术领域的技术突破等建议,可为我国未来深空探测提供参考。     

深空探测的历史、现状与未来

论述了水星、金星、火星、月球、类木行星和小天体探测的历史和未来,并介绍了深空探测关注的科学问题和未来的技术发展要求。     

金星大气环境模拟设备及试验技术综述

金星作为地球的姊妹星，具有极大的科学探索价值。鉴于金星环境的复杂性，了解金星内部只能通过着陆探测与漂浮探测方式进行，而金星大气环境模拟试验是未来开展金星着陆、漂浮探测器研制的基础。文章首先梳理出金星近表面环境模拟的关键技术，包括微量气体的精确测量与控制，高温、高压环境下的气体温度及压力控制与测量；之后综述了国内外金星大气环境模拟系统的研究现状，着重介绍了国外进行的金星大气环境模拟试验；继而在分析金星探测任务对环境模拟具体要求的基础上，对我国开展金星大气环境模拟试验研究提出建议。     

国际深空探测技术的发展现状及展望（上）

深空探测是人类了解地球、太阳系和宇宙,进而考察、勘探和定居太阳系其它天体的第一步。深空探测主要包括月球探测、行星探测、行星际探测和星际探测。通过深空探测,可以帮助人类研究太阳系及宇宙的起源、演变和现状,进一步认识地球环境的形成和演变,认识空间现象和地球自然系统之间的关系。从现实和长远来看,对深空的探测和开发具有十分重要的科学和经济意义。     

深空探测器总体技术

提出了深空探测器的总体设计要点,分析了总体设计约束,以及深空探测任务对探测器需求特点。基于技术的继承性和衔接性,提出了未来我国火星、小行星、金星以及木星等深空探测器的总体方案构想,讨论了任务目标、总体指标、构型和飞行过程等。研究对我国未来深空探测任务的方案设计有一定的参考价值。     

未来的深空探测与空间环境模拟

文章介绍了国内外有代表性的深空探测计划的内容、特点和意义,包括:欧空局的Exo Mars火星车、美国"2020火星车"以及中国的2020火星探测计划;金星着陆探测进展情况;欧空局木星系统探测计划"木星冰月亮探索者(JUICE)"和美国的"木卫二飞越任务(Europa Clipper)";"蜻蜓号(Dragonfly)"土卫六探测项目;美国的"彗星天体生物学探索取样返回(CAESAR)"项目;月球探测计划等。还分析了未来深空探测对空间环境模拟的具体要求,空间环境模拟对推动深空探测发展的重要意义;提出了对我国未来开展空间环境模拟试验的建议。     

金星的航天探测

2010年5月21日,日本首个金星探测器＂黎明＂号发射升空,预示着人类对金星的探测翻开了新的一页。那么,人类对金星的认识情况和今后的航天探测动态到底是怎样的呢？     

深空探测器间通信技术发展概述

器间通信技术能够确保遥控指令可靠到达探测器,并将探测器的科学探测数据回传给地面,在深空探测中发挥着重要作用。介绍了美国和中国的月球探测、火星探测工程中器间通信技术发展现状和工程应用情况,分析总结了深空探测器间通信技术的主要特点,并针对未来深空探测器间通信需求,提出了需要迫切解决的关键技术,为我国后续深空探测工程的实施提供支持。     

电推进在深空探测主推进中的应用及发展趋势

随着太阳能电池阵列电功率的不断增长,高比冲电推进在深空探测主推进任务中的应用成为现实,且有明显增加趋势。在我国实施两次月球探测任务之后,深空探测将成为我国航天领域的重要组成部分。从20世纪90年代末开始,美国、日本和欧洲相继发射了四个由电推进执行主推进的深空探测器-深空一号探测器、隼鸟号小行星探测器、智慧一号月球探测器和黎明号小行星探测器,极大地提升了深空进入能力,且获得了很多科学数据。本文分析深空探测主推进对电推进的需求,对电推进在深空探测主推进任务中的应用现状进行综述,分析关键技术和发展趋势,为我国深空探测推进技术发展提供参考。     

深空探测的进展与我国深空探测的发展战略

本文通过对大量国内外深空探测资料的收集整理、分析和总结，对深空探测的五个重点领域-月球探测、火星探测、水星和金星探测，巨行星及其卫星探测，小行星及彗星探测的进展和探测成果分别进行了论述，并在此基础上提出了我国深空探测的发展战略，特别是对月球和火星的探测。根据国际上深空探测的发展趋势和我国科技发展水平，目前深空探测的目的是进一步深入认识太阳系各类天体，探讨太阳系的起源与演化，深空探测的重点是月球与火星，而对巨行星的卫星，小行星与彗星侧重探测水体与生命活动信息，探讨太阳系生命的起源与变化，我国深空探测近期应以月球探测为主导，取得突破性进展，筹备火星探测的预研究，选准科学目标，水星与金星、巨行星的卫星和小行星和彗星的探测，不是深空探测的主潮流，可适当参加国际合作，以期取得进展。     

YH-1火星探测器设计及研制进展

介绍了中国首颗YH-1火星探测器的任务功能、组成和主要技术指标。给出了探测器设计中的火星探测超低温适应、深空探测自主姿态确定与控制、超远距离通信、休眠唤醒和剩磁控制等关键技术,以及相应的解决途径。试验和验证结果表明：YH-1火星探测器的设计满足火星探测特殊环境的任务要求。其设计和试验技术可直接用于我国其他深空探测项目,为后续深空探测积累了经验。     

火星探测任务对环境模拟技术的需求展望

火星探测是深空探测的重点领域,任务特点决定了火星探测器发射前必须在地面进行各种验证试验。随着火星探测任务的持续深入开展将对环境模拟技术提出新的需求。文章在回顾了人类火星探测的历程之后,展望了未来火星探测任务的可能形式,分析了各种环境的地面模拟方法、试验技术所遇到的新挑战,并给出了建议。     

月球探测对推动科学技术发展的作用

论述了开展月球探测的科学意义。从月球探测推动科学的创新与快速发展、月球探测将推动航天技术水平的整体提升、月球探测将为社会的可持续发展作出贡献等方面阐明了月球探测对推动科学技术发展的作用。     

Venus Express—Science observations experience at Venus

The Venus Express mission is the European Space Agency's (ESA) first spacecraft at Venus. It was launched in November 2005 by a Soyuz–Fregat launcher and arrived at Venus in April 2006. The mission covers a broad range of scientific goals including physics, chemistry, dynamics and structure of the atmosphere as well as atmospheric interaction with the surface and several aspects of the surface itself. Furthermore, it investigates the plasma environment and interaction of the solar wind with the atmosphere and escape processes.One month after the arrival at Venus the Venus Express spacecraft started routine science operations. Since then Venus Express has been observing Venus every day for more than one year continuously making new discoveries.In order to ensure that all the science objectives are fulfilled the Venus Express Science Operations Centre (VSOC) has the task of coordinating and implementing the science operations for the mission. During the first year of Venus observations the VSOC and the experiment teams gained a lot of experience in how to make best use of the observation conditions and payload capabilities. While operating the spacecraft in orbit we also acquired more knowledge on the technical constraints and more insight in the science observations and their results.As the nominal mission is coming to an end, the extended mission will start from October 2007. The Extended Science Mission Plan was developed taking into account the lessons learned. At the same time new observations were added along with specific fine-tuned observations in order to complete the science objectives of the mission.This paper will describe how the previous observations influence the current requirements for the observations around Venus today and how they influence the observations in the mission extension. Also it will give an overview of the Extended Science Mission Plan and its challenges for the future observations.     

三轴稳定深空探测器的自主姿态制导

针对深空探测器定向任务、定向手段和姿态约束的多样性,需要为探测器制订多种三轴姿态定向方案;同时深空环境对姿态敏感器选用造成了限制,使得从控制回路外部引入参考姿态指令成为必然.对此提出姿态制导的概念,给出了参考的姿态参数的星上实时计算方法,该算法利用自主导航信息,从矢量代数和矢量运动学的途径给出了定向任务所需的参考姿态和参考姿态角速率.制导方法经过了小天体探测多任务模式姿态控制数学仿真与演示的验证,能满足多种定向方案对姿态控制指令提出的算法通用、实时计算、便于星上自主实施的要求.     

Aerobraking at Venus: A science and technology enabler

Venus remains one of the great unexplored planets in our solar system, with key questions remaining on the evolution of its atmosphere and climate, its volatile cycles, and the thermal and magmatic evolution of its surface. One potential approach toward answering these questions is to fly a reconnaissance mission that uses a multi-mode radar in a near-circular, low-altitude orbit of ∼400 km and 60–70° inclination. This type of mission profile results in a total mission delta-V of ∼4.4 km/s. Aerobraking could provide a significant portion, potentially up to half, of this energy transfer, thereby permitting more mass to be allocated to the spacecraft and science payload or facilitating the use of smaller, cheaper launch vehicles.Aerobraking at Venus also provides additional science benefits through the measurement of upper atmospheric density (recovered from accelerometer data) and temperature values, especially near the terminator where temperature changes are abrupt and constant pressure levels drop dramatically in altitude from day to night.Scientifically rich, Venus is also an ideal location for implementing aerobraking techniques. Its thick lower atmosphere and slow planet rotation result in relatively more predictable atmospheric densities than Mars. The upper atmosphere (aerobraking altitudes) of Venus has a density variation of 8% compared to Mars' 30% variability. In general, most aerobraking missions try to minimize the duration of the aerobraking phase to keep costs down. These short phases have limited margin to account for contingencies. It is the stable and predictive nature of Venus' atmosphere that provides safer aerobraking opportunities.The nature of aerobraking at Venus provides ideal opportunities to demonstrate aerobraking enhancements and techniques yet to be used at Mars, such as flying a temperature corridor (versus a heat-rate corridor) and using a thermal-response surface algorithm and autonomous aerobraking, shifting many daily ground activities to onboard the spacecraft. A defined aerobraking temperature corridor, based on spacecraft component maximum temperatures, can be employed on a spacecraft specifically designed for aerobraking, and will predict subsequent aerobraking orbits and prescribe apoapsis propulsive maneuvers to maintain the spacecraft within its specified temperature limits. A spacecraft specifically designed for aerobraking in the Venus environment can provide a cost-effective platform for achieving these expanded science and technology goals.This paper discusses the scientific merits of a low-altitude, near-circular orbit at Venus, highlights the differences in aerobraking at Venus versus Mars, and presents design data using a flight system specifically designed for an aerobraking mission at Venus. Using aerobraking to achieve a low altitude orbit at Venus may pave the way for various technology demonstrations, such as autonomous aerobraking techniques and/or new science measurements like a multi-mode, synthetic aperture radar capable of altimetry and radiometry with performance that is significantly more capable than Magellan.     

中国航天发展历程与启示 ——2009年空间环境与材料科学论坛大会报告

文章指出我国在应用卫星与卫星应用、载人航天和深空探测三大航天领域取得了巨大成就,为中国的经济、社会发展做出了巨大贡献,也展示了中国的综合实力。经过几十年的发展,中国进入太空能力得到了很大的发展,但在太空利用能力和太空控制能力的建设上还有更大的发展空间。随着我国航天事业的发展,用户对航天器的高可靠、长寿命的要求迫切,作为航天器功能实现的技术基础,环境、材料等基础研究工作应该去适应这种发展需求,加快基础能力的建设与发展。     

深空探测重力模拟飞行器方案设想

为解决失重环境对航天员生理健康的影响,在调研国内外重力飞行器研究现状的基础上,结合重力模拟飞行器的原理及人造重力舒适度影响因素,提出了一种通过自旋产生人造重力的深空探测飞行器方案设想。最后给出了重力模拟飞行器建设的实施规划、总体方案、在轨组装流程及技术难点。深空探测重力模拟飞行器稳定运转可为空间工作生活的航天员提供与地面无异的重力环境,将为执行深空探测任务提供必要的环境保障。