火星探测器减速着陆技术特点

针对火星上的稀薄大气环境和火星探测器的着陆要求,对火星探测器减速着陆技术进行了系统的分析,探讨了火星探测器减速着陆系统、气动外形、降落伞和着陆缓冲等相关环节的技术特点,为未来火星探测器减速着陆系统的设计提供参考。     

“好奇”号目的地：盖尔环形山胜出

为了寻找火星上的生命迹象,美国航宇局选择了矿物丰富但却神秘的盖尔环形山作为价值25亿美元的“好奇”号火星车的着陆地点。自20世纪70年代以来,“好奇”号是航宇局第一个承担搜寻火星上曾经宜居甚至目前仍有生命迹象的真正天体生物学任务的火星探测器。行星科学家们正在为这一有史以来最具有科学能力的火星车奔向火星而感到兴奋,但许多人也在为它发愁。他们担心航宇局正在把“好奇”号送往一个被地质学谜题所包围的地点。     

欧俄要联合载人探测火星

英国媒体8月19日报道说．欧空局局长多尔丹在莫斯科航展上说．该局和俄罗斯联邦航天局将联合开展首次载人火星探测。但他没有给出时间表．也未说明将采用哪方的飞船。双方联合开展的“火星”500载人火星飞行模拟项目已持续了442天．封闭在隔离设施内的志愿者还要在其中停留78天。     

深空自主飞艇探测器技术发展

介绍了美国典型自主飞艇探测器的研究现状、总体技术方案和关键支撑技术。针对我国未来的深空飞艇技术发展,提出以火星应用为重点,促进在智能自主控制、新型材料、同位素热电等关键技术领域的技术发展,并与地球临近空间飞艇技术的发展彼此借鉴等建议,可为我国未来深空探测提供参考。     

火星大气高温光谱建模与非平衡辐射热流预测

火星科学实验室成功着陆后的热环境重构数据表明,气动辐射加热在火星进入防热设计中具有不同于以往认识的重要影响,未知机制和模型不确定性等问题有待进一步研究。探测器高速进入火星大气产生极高温非平衡气动环境,造成火星气动辐射与常规CO₂红外辐射研究显著不同。针对火星大气高温光谱和辐射热流预测,首先,建立适用于火星大气的高温非平衡光谱辐射模型,获得典型高温条件CO₂光谱结构和辐射强度,与NASA和JAXA试验结果对比,结果显示符合较好。其次,依靠激波管和发射光谱测量技术,开展典型进入条件的辐射强度测量试验,数值结果、试验值和NASA试验结果相互符合较好,验证了光谱模型。最后,对探路者号进行气动辐射加热分析,完成典型进入条件下的非平衡流动和辐射特性计算,基于光线法得到光谱辐射强度沿驻点线的变化,表明高速与低速条件的气动辐射机制存在显著差异;基于有限体积法获得进入器表面辐射热流分布,结果显示辐射热流的分布及变化规律与地球再入显著不同,进入速度6 km/s以下时辐射热流随进入速度增加而减小,同时进入器锥身及肩部的辐射热流高于驻点区域。     

盘点“好奇”号火星车七大成果

美国航宇局的"好奇"号火星车自2012年8月登陆后便一直对这颗红色星球进行勘察,虽然时间不长,但已经取得了一系列引人注目的成果。这辆重达1吨的火星车的首要任务目标是确定登陆地盖尔陨坑是否曾经出现适于微生物存在的环境。现在,"好奇"号已经发现证据,正进行核实。随着这项为期两年的考察任务的继续,"好奇"号将帮助科学家进一步加深对火星的了解。以下盘点的是"好奇"号迄今为止取得的七大成果。     

跨大气层飞行器爬升段纵向飞行控制律和制导律设计

由于火箭发动机的巨大推力,跨大气层飞行器在爬升段加速很快,重量、重心、惯量、飞行速度以及飞行高度等参数变化剧烈,无法简单地用固定控制增益参数的形式来保证整个飞行包线内的飞行品质要求。根据飞行器的爬升特点和控制难点,在爬升段的飞行包线内选择典型设计点,分别进行纵向内外回路控制律的详细设计。采用控制增益参数随动压变化进行调参的方法,对爬升段飞行轨迹进行了数字仿真,结果表明设计的控制增益参数及控制律,满足了跨大气层飞行器爬升段的预定目标要求。     

火星着陆探测任务关键环节技术途径分析

火星进入、下降与着陆技术(entry,descent and landing,EDL)是火星着陆探测最为关键的环节。火星与地球再入返回过程相比,由于火星大气成分、物理性质与地球大气存在较大差别,且具有较大不确定性,使火星EDL过程历经时间短、状态变化快,对减速性能要求高,时序紧张。从工程实现角度分阶段开展了任务分析,识别了火星EDL环节面临的问题和挑战,提出了关键环节技术途径选择。     

考虑失效性故障的火星探测器进入段姿态容错控制

火星进入过程中的故障和外部干扰不可避免地降低了火星进入制导和控制算法的性能。利用反步法设计了一种对转动惯量信息变化不敏感的火星进入姿态容错控制算法。首先,将虚拟控制律的微分量视作干扰量,利用自适应技术对其进行补偿,避免了传统反步法微分爆炸的缺陷。同时,控制设计过程中显式地引入了饱和函数,保证了在存在输入饱和的情况下,控制律仍然能使得探测器姿态保持稳定。最后,以“火星科学实验室”探测器为模型进行了数值仿真验证,结果表明该控制律在存在输入饱和约束、转动惯量不确定性、执行机构部分失效甚至完全失效的工况下,仍然能够完成对姿态的精准跟踪。     

高超声速飞行器在中间大气层内的飞行速度研究

基于FLUENT软件, 采用Sp-A湍流模型并运用AUSM计算格式,通过对球头模型在高超声速来流下的外流场模拟,得到了该模型在30km,45km,53km,60km和75km高度处,满足氧化铝陶瓷最大使用温度的极限飞行马赫数。结果表明：在53km以下时,极限马赫数随高度增加而减小,之后再增大,变化趋势符合气温变化规律,静温对驻点处的最高温影响巨大。