高精度VLBI技术在深空探测中的应用

介绍了适合单探测器测定轨的高精度VLBI技术和适合多探测器测定位的同波束VLBI技术的研究进展。利用\"嫦娥3号\"着陆器的ΔDOR型VLBI观测,得到了误差0.67ns的VLBI群时延数据。利用\"嫦娥3号\"着陆器和月球车的同波束VLBI观测,得到了随机误差0.3ps的差分相时延数据,以数厘米的灵敏度监测出月球车的移动、转弯等动作,并把月球车的相对定位精度提高至1m。针对深空探测,提出了使VLBI时延测量精度进一步提高所需要开展的部分研究内容。     

VLBI技术研究进展及在中国探月工程的应用

我国探月工程将具有测距、测速能力的统一S波段(United S-Band,USB)测控系统和具有高精度测角能力的甚长基线干涉(Very Long Base Interferometry,VLBI)技术系统地结合起来,承担对月球探测器测轨和定轨任务.简要回顾了VLBI技术的发展,重点介绍了VLBI技术在我国探月工程的应用...     

火星探测的微波遥感技术

从微波遥感的角度出发,综述目前国际上对火星的探测现状,列出对微波遥感探测有影响的火星表层土壤、岩层的结构、分布及其介电特性等参数的已有研究结果,分析对火星地壳表层水(或冰)存在可能性及其分布状态的研究动向.结合地球表面微波遥感技术的最新进展,提出用主动与被动微波遥感探测火星表面浅层土壤物质状态和分层结构的可行性分析,初步研讨了火星表层是否有水(或冰)存在的探测方案.     

VLBI月球定轨和月面定位技术及其应用

从嫦娥1号任务开始,中国月球探测器就使用地基测距测速和甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)联合测轨模式,实现对月球探测器的精密测定轨.对VLBI在中国月球探测定轨定位中的应用进行系统性介绍,分析得出:测量精度从10 ns左右提高到优于1 ns;在探测器定轨...     

火星探测新动态

为了进一步认识火星,科学家们在现有航天探测和天文观测的基础上提出了多种研究工作方案,有的已经开始实施。现仅就火星生命实验、火星取样研究和派人登陆火星三个方面作一简介。     

备受青睐的火星探测——著名火星探测器一瞥

开往火星的欧洲快车 2003年的6月是一个令全球航天界、天文界乃至整个科技界及其爱好者兴奋不已的月份,因为在这个月里,欧洲和美国分别发射了各自的火星探测器。这不是什么巧合,而是由于2003年8月27日火星与地球的相对距离最近（约5000多万千米,该距离每5万年才遇到一次）,这意味着在6月份发射探测器到达火星的时间最短。所以,欧洲和美国在同一个月里使出各自的“看家本事”,其中欧洲火星探测是“大姑娘上轿头一回”。     

未来的火星探测机器人

火星探测将是21世纪头十年世界航天的重头戏,美国和俄罗斯都制订了火星探测计划。美国在1976年海盗号成功着陆火星之后,1997年又发射了探路者和火星漫游车“索杰纳”。人们对开发火星的热情越来越高。 鉴于阿波罗载人登月计划耗资巨大,在火星计划中,为节约巨额资金和减少宇航员的风险,将首先由火星车作为先遣部队和开路先锋,率先登上火星。     

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。     

火星探测风向标

火星探测，既令人眼花缭乱，又显得扑朔迷离。火星探测到底是为了什么？遵循着什么？让我们来捕捉火星探测的风向标。     

深空测控网干涉测量系统在“鹊桥”任务中的应用分析

在\"嫦娥4号\"任务的第一阶段—\"鹊桥\"阶段,北京航天飞行控制中心利用佳木斯及喀什深空站对\"鹊桥\"进行了干涉测量观测,获取了实时与事后的高精度测角观测量,有效支持了任务的实施。两深空站需同时完成测控任务,无法交替射电源观测来进行系统差标校,基于此系统采用了长时间隔、在航天器观测前及双站结束后观测射电源的标校方法,在地月转移段、月球至L2转移段、Halo轨道形成段开展了多次干涉测量观测,所获得的时延、时延率结果直接应用于事后联合轨道确定,结果表明:深空网的时延观测精度约为3 ns。     

一种用于同步静止卫星监测的微型VLBI网

针对地球静止轨道（GEO）卫星全天时全天候高精度的监测需求,考虑传统甚长基线干涉（VLBI）测站高成本、高投入和GEO卫星专用观测时段有限等制约条件,研发了简易型VLBI观测系统,并组建了包括上海、都匀和乌鲁木齐三站的微型VLBI网（micro VLBI network,MVN）,开展了并置站测试以及对GEO卫星亚太6C的连续监测,并评估了当前MVN的观测能力。结果表明MVN扣除系统差后的单站接收精度为2ns,各基线观测时延拟后残差约几纳秒,GEO目标实测位置精度为百米级（内外符精度分别约100m和400m）。不同于传统VLBI和其他GEO监测手段,MVN还具备全天时、全天候、低造价、易布设及易推广等特点,充分表明了其在GEO卫星监测领域的应用价值。     

2020中美阿火星探测任务分析

2020年为火星探测大年,各国相继赶在发射窗口发射自己的火星探测器,截至目前成功赶上发射窗口的国家,按时间先后分别为阿联酋、中国和美国。给出了2020年火星探测发射和到达窗口的“猪排”能量图,从有效载荷、发射窗口、运载火箭、地火转移轨道、火星俘获及着陆、通信等方面,对3个国家发射的探测器进行了对比分析,给出2020年三国火星探测各环节的关键参数,并提取出共同点及不同的特殊之处。     

“嫦娥3号”月面探测器同波束干涉测量系统的设计与实现

为了提高\"嫦娥3号\"探测器(着陆器和巡视器)的相对定位精度,针对两器信标实际设置情况,设计了同波束干涉测量(same-beam interferometry,SBI)观测方案。利用着陆器和巡视器星地对接数据分析检验了由差分群时延解算含微小系统差的差分相时延的方法,给出了甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)和同波束干涉测量模型及月面定位方法,并仿真分析了巡视器的相对定位精度。最终,把研究的方法实际应用于\"嫦娥3号\"巡视器的精密相对定位。结果表明,利用1h左右的连续观测弧段的着陆器数传信号以及巡视器数传信号(或遥测信号),采用事后处理方式,得到了随机误差约1ps的差分相时延数据。利用此数据,把\"嫦娥3号\"探测器的相对定位精度提高至1m左右。     

“龙江2号”月球轨道微卫星定轨分析

微纳卫星深空探测任务中,通常所分配的测控资源有限,因此有必要对有限测控资源条件下微纳卫星的定轨精度进行分析。以微纳卫星深空探测为背景,采用\"龙江2号\"微卫星的轨道测量数据对其定轨精度进行了分析。\"龙江2号\"微卫星只有USB轨道测量数据,且环月段测控资源相对紧张,每天有两站跟踪,共约3～4 h的轨道测量数据。首先介绍了\"龙江2号\"微卫星飞行任务及其飞行过程中影响测定轨的因素;其次给出了定轨的动力学模型,对微卫星地月转移段的定轨精度进行了分析;最后通过分析摄动力、动量轮卸载以及数据弧段长度的影响,给出了微卫星环月阶段所使用的定轨策略,并通过重叠弧段比较的模式,给出了微卫星环月段的定轨精度。研究结论可以为后续微纳卫星深空探测任务提供有益参考。     

Proposal of application of same beam VLBI measurements in precision orbit determination of lunar orbiter and return capsule and lunar gravity field simulation in Chang’E-3 mission

High accuracy differenced phase delay can be obtained by observing multiple point frequencies of two spacecraft using the same beam Very Long Baseline Interferometry (VLBI) technology. Its contribution in lunar spacecraft precision orbit determination has been performed during the Japanese lunar exploration mission SELENE. In consideration that there will be an orbiter and a return capsule flying around the moon during the Chinese lunar exploration future mission Chang’E-3, the contributions of the same beam VLBI in spacecraft precision orbit determination and lunar gravity field solution have been investigated. Our results show that the accuracy of precision orbit determination can be improved more than one order of magnitude after including the same beam VLBI measurements. There are significant improvements in accuracy of low and medium degree coefficients of lunar gravity field model obtained from combination of two way range and Doppler and the same beam VLBI measurements than the one that only uses two way range and Doppler data, and the accuracy of precision orbit determination can reach meter level.     

环火星测量数据处理及精密轨道确定

为支持我国首次火星探测任务取得圆满成功,宇航动力学国家重点实验室将全自主开发的精密定轨平台系统,应用于环火星轨道确定中。为满足多对象、多弧段、多中心天体的定轨需求,平台系统设计了卫星结构、测站结构、观测结构和天体结构4大基础结构,并在4大基础结构之上,设计了灵活的弧段结构和估计结构。为验证平台系统是否具备环火星定轨能力,平台系统首先使用2020年上半年跟踪火星快车实验的数据对测量模型进行了检核,得到了理论测距和实测测距偏差（11m~21m）;其次,使用2009年实测双程测速和三程测速数据定轨,单独使用双程测速定轨,轨道与欧空局精密星历位置偏差最大不超过100m,测速残差的均方根（Root Mean Square, RMS）为0.0137(cm/s)。使用三程测速定轨,位置偏差不超过250m,三程测速RMS为0.0119（cm/s）;最后,使用两天三站测距仿真进行了自定轨验证,初轨和随机差都基本收敛回仿真初值。结果显示,宇航动力学国家重点实验室精密定轨系统能够满足我国首次火星探测任务的基本需求。     

中国月球探测任务轨道确定技术及发展综述

月球探测器的轨道确定是完成月球探测任务的基础,在我国月球探测任务的引领下,在我国深空测控体系发展的同时,轨道确定技术也得到了快速的进步。从时空参考框架和动力学模型两个方面介绍了我国月球探测任务轨道确定技术的发展过程,基于时空参考框架的优化及动力学模型的改进,我国月球探测器的轨道确定能力及精度也不断提升,这对于当前及后续的月球探测任务都有很好的借鉴意义。     

中国首次火星探测工程有效载荷总体设计

简要介绍了中国首次火星探测工程的科学目标与有效载荷的配置,有效载荷分系统的总体技术方案,包括有效载荷供配电、遥测遥控、科学数据处理、在轨自主运控,以及有效载荷分系统在轨基本工作流程安排。针对火星环绕器有效载荷功能复杂、安装位置分散等特点,配置了独立的载荷控制器设备,通过总线网络将有效载荷分系统组成有机整体,实现与环绕器平台的统一电接口。针对火星车有效载荷在重量、体积、能源等方面的严格限制,通过最大限度地将各有效载荷主控电子学控制单元集成于一台载荷控制器设备中,实现了对有效载荷的集中控制和管理。