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。     

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...     

美印“探火之路”大PK

2014年9月2l和9月24日,美国和印度的火星探测器先后抵达火星轨道并入轨成功,掀起了人类火星探测的又一次小高潮。美国是火星探测方面当之无愧的超级大国,印度则是火星探测的新手,而晒国的探测器却几乎同时成功进入火星轨道进行探测,那么其在任务尤其是飞往火星的轨道设计上又有哪些不同呢？     

火星遥感制图技术回顾与展望

对国际火星探测任务、遥感制图技术的进展与产品成果进行了综述。1960年至今,世界各国已开展了44次火星探测任务,其中18次成功,3次部分成功。基于轨道器影像和激光测高数据、着陆器和火星车的影像数据,相关团队已开发了一系列的摄影测量技术,制作了百米量级全球制图产品、米级及亚米级局部高分辨率制图产品等,广泛用于火星科学研究和工程任务支持。文章对火星遥感制图未来重要发展方向进行了探讨与展望,包括火星多源多重覆盖遥感数据全球制图、火星全球控制网的改进、海量火星遥感数据的自动处理与信息挖掘、火星车实时长距离导航定位与制图、数据共享与国际合作等。     

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。     

中俄联合探测火星工程介绍

介绍了火星的基本概况、探测火星的科学目的、国外火星探测的历程.给出了中俄联合探测火星工程的工程与科学目标、系统组成,俄罗斯福布斯土壤计划的主要任务与基本情况,中俄联合探测器的构成,俄罗斯福布斯-土壤(FGSC)火星探测器的主要技术指标.分析了中俄联合探测火星工程中所用运载火箭和上面级的组成与性能.     

火星探测器全任务期空间环境特征与防护要点

火星探测器任务期间依次经历近地环境、行星际环境和火星环境。文章分析了火星探测器从地球发射、地-火转移、火星环绕、直至着陆火星表面并进行巡视探测的任务全过程中的空间环境特征,并对比了火星探测器与地球卫星等面临的空间环境差异;结合火星探测器的任务特点,分析了探测器在不同任务阶段经历的电离总剂量、单粒子、内带电、太阳辐射、真空、火星大气与火星尘等空间环境剖面,提出了火星探测器的空间环境防护设计要点。     

火星表面环境对太阳电池阵设计影响分析与对策

通过调研与分析NASA火星表面探测任务获取的火星表面光照、温度、尘埃等数据,从光强、光谱、直射光与散射光等方面分析了火星表面光照条件对三结砷化镓太阳电池伏安特性的影响,以及火星尘埃对太阳电池输出功率的影响。从降低光谱失配和减小尘埃影响的角度,提出了火星光谱匹配太阳电池和太阳电池阵尘埃防护设计思路,以提升三结砷化镓太阳电池在火星表面的发电能力和生存能力,可为我国火星表面探测任务太阳电池阵优化设计提供参考。     

火星探索十年展望

作为人类的近邻,火星表面上是否曾经或至今依然存在生命是人类十分关心的一个问题。了解火星的演化对了解地球自身的过去和未来都有着十分重要的意义。美国近几年的火星探测工作既有成功的喜悦,也有失败的教训。1999年火星气候轨道器和火星极区着陆器两个探测器的接连失败曾引起了各方的广泛批评和关注。此后,美国调整了其火星探索战略,推迟了取样回送任务的时间,但火星探测计划的总体目标并未改变,主要是要通过找水来寻找火星上有生命存在的迹象。去年12月4日,有关方面公布,火星上的一些地方有层状沉积岩存在,使科学家们更加坚信火星上曾经…     

火星大气进入段轨迹优化与制导技术研究进展

首先根据国际上实施的火星探测任务及未来火星着陆探测的发展需求,阐述火星大气进入段轨迹优化与制导的重要性。结合火星着陆环境和探测器的气动特性等,归纳出火星大气进入段轨迹优化与制导面临的挑战。在此基础上,结合未来火星着陆任务的安全精确着陆目标,梳理火星大气进入段轨迹优化与制导所需解决的关键技术,分析目前火星进入段轨迹优化与制导技术研究进展及发展趋势。最后,对未来火星精确着陆所需的进入段轨迹优化与制导技术发展方向进行了展望。     

Mars scientific investigations as a precursor for human exploration.

In the past two years, NASA has begun to develop and implement plans for investigations on robotic Mars missions which are focused toward returning data critical for planning human missions to Mars. The Mars Surveyor Program 2001 Orbiter and Lander missions will mark the first time that experiments dedicated to preparation for human exploration will be carried out. Investigations on these missions and future missions range from characterization of the physical and chemical environment of Mars, to predicting the response of biology to the Mars environment. Planning for such missions must take into account existing data from previous Mars missions which were not necessarily focused on human exploration preparation. At the same time, plans for near term missions by the international community must be considered to avoid duplication of effort. This paper reviews data requirements for human exploration and applicability of existing data. It will also describe current plans for investigations and place them within the context of related international activities.     

火星表面热辐射环境模拟

为了对火星表面的热辐射环境进行模拟,以辅助火星探测等任务,建立了火星大气的一维模型和土壤的一维导热模型,并与NASA的一维火星大气辐射程序相结合,得到了一套整体模拟系统。模拟获得了火星地表温度及接收到的可见光、红外辐射热流密度,分析了季节、纬度、尘暴、云层的变化对地表温度和所受太阳辐射造成的影响。模拟结果表明,纬度和季节的变化影响着太阳高度角和日照时长等因素,进而对可见光辐射造成显著影响;尘埃光学厚度的增加会削弱可见光辐射并增强红外辐射,云层光学性质的改变造成的影响与之相似但较小;四者的改变都会对地表的温度及接收到的太阳辐射热流密度造成不同程度的影响。     

火星载人探测中辐射防护综述

火星探测是人类太空探索的重要组成部分,火星载人探测中航天员的辐射安全问题是人们最为关心的问题。文章扼要介绍了美国/俄罗斯火星载人探测技术的发展过程,重点阐述了探测中的辐射环境、辐射效应以及国外探测结果;在此基础上,对火星探测中的辐射剂量进行了预示,提出了辐射防护建议。     

基于形状的火卫一重力场研究

介绍基于形状对不规则小天体重力场建模的原理和方法,并通过解析法和数值法对火卫一的重力场进行正演建模。相比之前的重力场模型,基于解析算法获得的17阶次球谐展开形式重力场模型,在分辨率上有显著提高。进一步结合火卫一动力学参数,分析了火卫一表面加速度。结果显示,火卫一因其轨道十分接近火星,导致表面离心力和潮汐力十分显著,在某些区域与自引力相当,造成火卫一的特殊表面重力环境。这些结果可为未来的火卫一探测和科学研究提供基本输入物理场模型,也可为其他小天体探测中的类似问题提供方法参考。     

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。     

火星进入段自主导航技术研究现状与展望

基于国际上成功着陆的火星探测任务和未来火星着陆探测技术的发展需求,阐述了火星进入段自主导航的必要性。首先总结了火星进入段自主导航技术的研究现状与发展趋势,随后分析了火星进入段自主导航的特点以及所面临的挑战,并概括了火星进入段自主导航所涉及的关键技术。最后对我国未来火星探测任务进入段的自主导航技术发展方向进行了展望。     

Martian polar expeditions: problems and solutions.

The Martian polar ice caps are regions of substantial scientific interest, being the most dynamic regions of Mars. They are volatile sinks and thus closely linked to Martian climatic conditions. Because of their scale and the precedent set by the past history of polar exploration on Earth, it is likely that an age of polar exploration will emerge on the surface of Mars after the establishment of a capable support structure at lower latitudes. Expeditions might be launched either from a lower latitude base camp or from a human-tended polar base. Based on previously presented expeditionary routes to the Martian poles, in this paper a "spiral in-spiral out" unsupported transpolar assault on the Martian north geographical pole is used as a Reference expedition to propose new types of equipment for the human polar exploration of Mars. Martian polar "ball" tents and "hover" modifications to the Nansen sledge for sledging on CO2-containing water ice substrates under low atmospheric pressures are suggested as elements for the success of these endeavours.Other challenges faced by these expeditions are quantitatively and qualitatively addressed.     

一种共轴双旋翼式火星飞行器设计及其试验验证

针对火星飞行器探测需求,提出了一种共轴双旋翼式火星飞行器,基于计算流体力学方法优选了桨叶翼型、平面形状和扭转角等结构参数,基于叶素动量理论建立了旋翼气动力学模型,利用数值模拟方法选择了旋翼转速、旋翼间距和桨叶安装角等飞行参数,设计了原理样机"火星飞鸟-I"的结构与控制系统。构建了火星大气环境模拟器和重力补偿与运动约束装置,开展了模拟火星环境下旋翼式飞行器地面飞行试验,验证了共轴双旋翼式火星飞行器的推进性能,展望了旋翼式火星飞行器技术的发展方向。研究成果对我国开展的火星探测工程具有重要借鉴价值。