一种三元结构的火星采样返回任务方案分析

介绍了目前国外提出的一种三元结构的火星采样返回任务方案,整个方案分3次发射,分别发射漫游车、着陆器和轨道器,每次发射间隔为4年,最终目的是将火星样品带回地球。该方案的优势在于,通过3次发射分别完成漫游车巡视勘察、着陆器现场探测、轨道器数据中继和在轨探测,最终综合完成火星采样返回,能够极大地缓解项目进度和资金压力,充分利用每次发射窗口分步骤完成探测任务。文章重点对方案涉及的关键技术进行了分析,包括样品获取与封装、行星保护、精准着陆、漫游车的危险规避能力和移动性、火星上升器、交会与样品捕获、地球再入器技术等;对方案的前景和优势进行了探讨,并给出几点启示,如精准着陆或成为今后行星探测着陆方式的新趋势,火星采样返回任务将是人类火星探测的里程碑,今后的深空探测任务趋向国际合作模式等。     

Earth and Mars observation using periodic orbits

This paper reports the results of a general study carried out on the Periodic Multi-SunSynchronous Orbits (PMSSOs), which the classical Periodic SunSynchronous Orbits (PSSOs) represent a specific solution of. Such orbits allow to obtain cycles of observation of the same region in which the solar illumination regularly varies according to the value of the orbit elements and comes back to the initial condition after a time interval which is multiple of the revisit time. Therefore this kind of orbits meets all the remote sensing applications that need observations of the same area at different local times (for example the reconstruction of the day-nighttime trend of the surface temperature of the planet) and it is particularly suitable to the study of several terrestrial and martian phenomena (diurnal cycle of the hazes and clouds, dynamics of the thermal tides, density variations, meteorology phenomena, etc.). The design of PMSSO is based on the variation of the Right Ascension of the Ascending Node due to the Earth oblateness (referred as basic solution). However, with respect to the basic solution, the analysis of the perturbative effects has demonstrated the need, especially in the case of Mars, to take into account all the superior harmonics of the gravitational field. To this end a corrective factor, to add to the basic equations, has been proposed, allowing a significant saving of propellant (of the order of 2 km/s per year). Besides, single and multi-plane satellite constellations have been taken into account in order to improve the repetition of observation and the ground spatial resolution.     

火星着陆器地形测图技术研究

分析了勇气号、机遇号、好奇心号火星漫游车和凤凰号火星着陆器的测图遥感器性能、数据处理技术和火星地形测图产品;提出了火星地形测图未来发展的一些趋势,如遥感器向高分辨率、立体彩色遥感器的方向发展,数字立体摄影测量技术和光倾斜测量技术及激光测高技术将更加紧密融合并相互补充,正在由单一的测图产品向多种数字产品发展,测图产品的精度也在大幅度提高。     

火星探测转移轨道初始设计与分析

根据推进方式和是否采用金星借力,火星转移轨道分为大推力直接转移轨道、大推力金星借力转移轨道、小推力直接转移轨道和小推力金星借力转移轨道4类。传统的轨道设计方法只是针对某一类特定的转移方案进行轨道优化,而并未针对不同的转移方案进行详细对比分析。文章以2020/2022年发射窗口为例,针对4类基本火星转移轨道进行研究。首先,基于不同轨道初始设计方法,对4类轨道进行了初始设计,得到了每类转移方案的能量最优转移轨道。然后,基于设计结果和能耗对4类转移方案进行了横向对比分析,得到了不同策略下的转移轨道的特性。基于小推力的火星探测任务轨道对发射能量要求低;大推力直接转移和借力金星的发射窗口交替分布,可以互为备份;基于小推力推进的探测器采用金星借力转移策略相比直接转移能够减少10%的能耗,优势十分明显。     

大型民用飞机应急撤离模型与仿真方法研究

在元胞自动机模型和行人流模型基础上,解决了飞机疏散模型中的元胞严重冲突问题,实现了模型元胞速度动态可变和对不同出口的流量控制,针对多出口状态下准确地模拟绕过复杂障碍物等要求,建立了基于大型飞机环境特点约束的网格吸引力概率模型,并通过应用某型飞机客舱布局作为算例进行了乘客应急疏散的过程模拟。最后在DELMIA平台下对人员的疏散行为进行建模并实现三维演示验证,模型的仿真过程接近真实情况,仿真结果和现有疏散实验结果相吻合。     

民用飞机线缆防火性能适航验证研究

电线电缆作为飞机上重要的材料,其防火阻燃性能的品质影响飞机的安全性。分析适航规章 CCAR-25-R4 在线缆防火性能方面的要求,总结当前国内外航空用标准/规范在电线电缆防火性能方面的规定;针对电线电缆防火性能的适航问题进行研究,给出适航工作的验证思路。对于飞机上使用的线缆,采用国外先进企业内部标准制定线缆的性能指标,能够降低适航验证风险,为线缆的选取和使用提供参考。     

采用弱攻角补偿与脱敏设计的火星进入段制导

为提升火星进入段存在多种扰动时的制导末端精度,在现有三自由度脱敏设计的基础上,提出针对大气密度及升阻力系数波动的弱攻角补偿方法。通过攻角调整,协调升、阻力加速度测量值相对理论计算值的偏离程度,使加权形式的偏离程度指标趋近于1,从而降低气动参数波动对制导精度的影响。相平面分析和反证法证明了攻角调整过程的稳定性。蒙特卡洛仿真结果表明,该方法可达到较高的纵向末端状态精度。     

一种图像辅助火星着陆段自主导航方法

针对未来深空探测软着陆高精度实时导航的需求,提出了一种图像辅助的自主导航方案。首先通过下降段图像与落点区域地形匹配,获得着陆器相对于落点的位置和姿态;然后基于误差Kalman模型估计着陆器的状态误差,修正惯性导航的结果;在图像信息不可用的情况下,只进行惯性递推导航;这种方案既提高了导航的精度,也能保证实时性的要求。 数值仿真验证了该方案的可行性,该方案对未来实际工程任务具有很大的参考价值。     

非圆形截面复合材料机身屈曲优化设计研究

为了降低BWB机身弯曲应力、提高屈曲稳定性,在150座BWB民机复合材料三舱室机身结构的基础上,提出了改进的Y形和弧形加强三舱室机身设计模型;利用零阶参数优化算法,对3种机身结构进行了静力与线性屈曲优化分析,获得了较为合理的三舱室机身布局方案,为BWB民机机身设计提供了重要技术参考.     

火星探测器进入阶段稳定性分析

文章针对＂火星探路者＂,对火星探测器在进入火星大气减速过程中的运动稳定性问题进行了研究,分析了质心位置、进入条件、大气参数等因素对火星探测器运动稳定性的影响。分析结果表明,在马赫数大于1.2时,探测器处于一个比较稳定的状态。