关于2030年前火星采样返回科学任务的展望

火星采样返回对于认知类地行星起源和生命宜居性、奠定未来载人登火基础具有重大意义,是下一代火星探测任务的重点目标。目前美、日、中均已公布火星采样返回任务的计划或相关设想。美国火星采样返回任务预计时间跨度逾10年,将与欧洲空间局合作研制发射样品返回着陆器、样品收集火星车和返回地球轨道器等,将毅力号火星车采集的样品带回地球。日本计划开展火卫一采样返回任务。分析国际采样返回任务方案,有助于中国火星任务的科学目标凝练和工程方案设计。     

深空探测跳跃式再入返回任务设计

跳跃式再入返回是深空探测任务的关键环节之一,具有关键技术多、设计约束多、地面验证难等特点.本文按照航天器系统工程的设计思想,针对探月三期"嫦娥五号"(Chang'E-5,CE-5)的再入返回任务,开展了约束条件、再入走廊、气动外形、再入返回弹道设计,明确了各项设计要素之间的关系,提出了"嫦娥五号"返回器系统设计方案,并...     

国外深空探测再入返回技术发展分析

迄今为止,国际上已有美国、苏联/俄罗斯及日本发射了深空采样返回探测器,实现了月球、彗星粒子、太阳风粒子和小行星粒子再入返回。我国的＂嫦娥工程＂正按照＂绕、落、回＂3个步骤稳步实施。而作为探月三期关键技术之一的再入返回,将突破从近地空间以外的天体返回和再入地球的技术,并已完成了探月一期、二期任务,为我国后续的月球探测和其他深空探测活动奠定技术基础。     

中国深空探测器技术的发展与展望

□□人类所生存的地球,只是浩瀚宇宙中的沧海一粟。自古以来,随着科学技术的进步和发展,了解太空、探索地球以外的物质,一直是人类不懈追求的目标。人造地球卫星、载人航天技术的发展,使人类认识宇宙的目光越来越远;而探索更深更广的太空,则成为了现代人类航天活动的一个主要方向。深空探测主要包括对月球的探测、行星及其卫星探测和行星际探测三大方面。深空探测对人类了解太阳系的起源、演变历史和现状,通过对太阳系内各主要行星的比较研究,进一步认识地球环境的形成与演变、探索生命的起源和演变以及积极开发和利用空间资源具有…     

主带小行星采样返回任务中的离子电推进应用方案

由于离子电推进的高比冲特性,采用它执行小行星探测器巡航阶段轨道机动任务时,将使探测器在同样的有效载荷下的发射重量大大减轻。针对我国规划中的主带小行星采样返回任务,调研了国外离子电推进在深空探测任务中的应用情况,在借鉴国外成功经验和任务需求分析的基础上,设计了主带小行星探测器离子电推进系统方案和应用策略,计算了在目前离子推力器寿命水平下,既定探测任务对离子电推进推力、比冲、推进剂量以及功耗需求。研究表明,目前研制的离子推力器可以满足规划中的主带小行星探测任务需求。研究成果对探测器的方案设计有参考价值。     

深空探测返回器再入制导仿真分析

深空探测返回器再入环境恶劣,为了保证在此情况下仍然能够安全准确地返回,研究LQR标准轨道制导法和预测制导法,分析两种方法对再入初始条件的适应性以及在各种情况下的落点精度,并针对以第二宇宙速度再入的返回器进行数学仿真.仿真结果表明,在较大的初始偏差情况下,预测制导律比LQR制导律具有更小的航程误差.     

一种平面约束辅助测量的深空探测器自主天文导航方法

深空探测任务中自主导航测量误差是影响深空探测自主导航系统精度的主要影响因素。针对抑制自主导航测量误差的问题,提出一种平面约束辅助测量的深空探测器自主天文导航方法,该方法在对系统非线性不等式几何平面约束建模的基础上,利用序列二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)非线性规划方法,对深空探测器自主天文导航系统的非线性不等式约束进行非线性规划,直接辅助减小深空探测器自主导航系统的量测误差;利用CKF-SQP量测优化非线性约束滤波方法,对深空探测器自主导航系统的状态进行估计,进一步减小系统随机误差。仿真结果表明:所提方法可以有效抑制测量误差,实现深空探测器高精度自主导航。该方法可为深空探测器提供一种可行的高精度自主导航方法。     

深空探测器接近段自适应滤波方法研究

天文导航是一种广泛应用于深空探测任务的全自主导航方法.基于状态模型和量测模型的非线性卡尔曼滤波方法在天文导航中被广泛使用.卡尔曼滤波要求状态和量测模型误差是高斯白噪声且先验协方差信息已知,但在深空探测器天文导航系统中,状态模型和量测模型噪声通常不能精确知道且是时变的.因此,自适应卡尔曼滤波器广泛用于解决状态和量测模型误差未知且时变的问题.本文首先结合火星探测器接近段的实际情况分析了火星探测器接近段模型噪声的时变特性,然后对三种常用的在线调节自适应滤波方法在火星探测接近段的滤波表现进行了仿真实验.     

深空探测器自主规划技术研究进展

在深空探测过程中,探测器飞行距离远、所处环境动态多变,传统地面站遥测遥控方式很难满足探测器控制的实时性、鲁棒性和安全性等要求,迫切需要探测器具有自主性,而自主规划技术是实现探测器自主运行的核心技术之一.介绍了自主规划技术发展历程,给出了深空探测器自主规划内涵,分别从自主规划和执行框架、任务规划知识模型、任务规划和重规划...     

国外无人采样返回任务概述

采样返回任务是指在地球之外的空间进行采样并将样品返回地球的探测器任务,可以通过多种方式来收集和保存样品,包括使用捕捉太阳风或彗星粒子的收集器阵列,挖掘和开采土壤、岩石,以及其他可能获取样品的方式。采样返回任务带回的样品一般为太阳风、彗星粒子,或者尘埃和岩石等。     

小行星探测科学目标进展与展望

由于较好地保留了太阳系早期形成和演化历史的遗迹,小行星,尤其是近地小行星,已成为国际深空探测领域的研究热点。介绍了小行星的定义、分类和主要探测方式,指出目前小行星探测已进入空间探测的新时代;总结了国际小行星探测的现状,包括已实施和正在实施的小行星探测任务的科学目标、科学载荷配置,以及获取的主要科学数据等;探讨了未来小行星探测的发展趋势和主要科学问题,并对我国未来自主小行星探测任务科学目标的制定进行了展望。     

空间核反应堆电源技术概览

空间核反应堆电源具有环境适应性好、功率覆盖范围广、结构紧凑以及大功率条件下质量功率比小等突出优点,在军民航天任务中具有广阔的应用前景,是改变未来航天动力格局的颠覆性技术之一。对空间核反应堆电源的原理、特点、适用范围、应用前景、历史发展情况及现状、典型方案、应用安全等进行了系统介绍,对技术发展趋势进行了分析总结,并就我国该技术发展给出一些见解。     

A sample collector for robotic sample return missions I: Temperature effect on collected mass

Sample return is playing an increasingly important role in solar system exploration. Among the possible mission on the horizon, are sample return from asteroids, comets, the Moon and Mars. A collector initially intended for near-Earth asteroids is the touch-and-go-impregnable-pad (TGIP). Here we explore the effect of temperature on its collection capabilities. Temperatures expected on near-Earth asteroid mission targets range from −43 to 36 °C. Experiments were conducted at −75, −50, −25, 23, 65, and 105 °C. It was found that the mass of sample collected by the TGIP increased almost linearly to 23 °C and then leveled off at higher temperatures. We also found that the collector did not lose its ability to collect samples after being subjected to −75 °C temperatures (essentially frozen) and then thawed. These experiments have shown that the TGIP can operate effectively at temperatures expected on near-Earth asteroids, especially if collection is performed on the sunward side of the asteroid.     

A model of foreground emission in UV using GALEX deep observations

Foreground emission, mainly airglow and zodiacal light, is a significant contributor in an ultraviolet observation especially from low earth orbit. Its careful estimation and removal are tedious yet unavoidable processes in the study of diffuse UV radiation and by extension interstellar dust studies. Our analysis of deep GALEX observations show that airglow is not only a function of Sun angle but also a strong function of Solar activity at the time of observation. We present here an empirical model of airglow emission, derived from GALEX deep observations, as a function of 10.7 cm Solar flux and Sun angle. We obtained the model by training machine learning models on the data using a variant of the regression algorithm that is both resilient toward outlier data and sensitive to the complexities of the provided data. Our model predictions across various observations show no loss in generalization as well as good agreement with the observed values. We find that the total airglow in an observation is the sum of a baseline part (AG_c) that depends on the Solar flux and Sun angle, and a variable part (AG_v) that depends on the Sun angle and the time of observation with respect to local midnight. We also find that the total airglow can vary between 85 – 390 photon units in FUV and 80 – 465 photon units in NUV.     

深空探测自主导航与控制技术综述

深空探测自主导航与控制技术是深空探测任务成功实施的关键。基于开展深空探测自主导航与控制技术研究的迫切性,综合分析和评述深空探测自主导航与控制技术的研究进展,着重分析深空探测自主导航与控制的必要性和国外深空探测自主导航与控制技术的研究发展趋势,提出深空探测自主导航与控制的关键技术,根据分析,提出了发展深空探测自主导航与控制技术的建议．     

深空激光通信进展及应用研究

深空激光通信是实现深空高速通信的主要手段之一。对国外深空激光通信的发展现状进行了综述,总结了深空激光通信技术发展的若干启示,给出了深空激光通信的典型应用,分析了深空激光通信涉及的主要关键技术,以期为我国深空激光通信的发展提供一定的参考和借鉴。     

NASA历表在深空导航中的发展和比较

利用不同版本的数值历表,对我国正在进行的探月工程以及后续的金星、火星和木星等深空探测中的导航问题进行分析和讨论。对DE405、DE421和DE430的动力学模型及其使用的观测数据进行了分析比较,考察了历表的精度和稳定性。并根据DE430历表简单讨论了木星在我国深空探测站的可视问题,为以后深空导航提供参考。简单讨论了中科院国家天文台行星无线电研究团组基于月球无线电测距(LRR)发展我国自己的历表以及开展基于月球深空导航计划的可行性。     

中国深空测控系统建设与技术发展

我国深空测控系统是伴随着探月工程“绕”“落”“回”三步走战略的实施,从突破关键技术、初步建成系统到系统完善,逐步建立起来的,火星探测工程的实施将进一步带动深空测控系统能力的建设。站在历史的视角,从顶层设计、关键技术攻关和系统建设等方面,回顾了我国深空测控系统从无到有的发展历程,并结合未来深空测控技术的发展,对我国深空测控系统的发展前景进行了展望。     

基于测速测角敏感器的火星探测器自主导航方法研究

提出了一种基于天体光谱红移测速和利用星光敏感器测角的测速测角组合导航新方法。该方法与现在的深空探测器导航方法相比,优势明显：一是无需太复杂的轨道动力学模型,简单易行。二是不需要依赖地面的无线电信息,无时延。最重要的是消除了测角导航方法引入的微分误差和测速导航方法引入的积分误差,可以实现精确天文自主导航,满足深空导航连续自主、实时高精度的基础要求。针对该导航方法,首先完成了轨道动力学模型和量测模型的建立工作,然后根据模型的非线性特点,分别采用扩展卡尔曼滤波算法完成了对该组合自主导航方法的研究。最后,对该方法进行仿真验证,通过对仿真结果的分析可以发现,测速测角组合自主导航方法满足巡航段的导航精度指标要求。