我国首次火星探测任务

我国首次火星探测任务于2016年立项实施。综合介绍了国际火星探测的历史和现状,我国首次火星探测任务的工程目标和科学目标、总体技术方案、关键技术难点、预期创新成果。我国首次火星探测任务将通过一次发射,实现火星环绕和着陆巡视,对火星开展全球性普查和局部的精细探测,推进火星地形地貌与地质构造、土壤特征与水冰分布、表明物质组成、大气电离层和气候环境、物理场与内部构造等方面的研究。实现火星探测任务目标,针对火星探测面临的各种特殊环境,需突破长期自主管理与控制等8类关键技术,取得的一系列创新成果,将为我国建立独立自主的深空探测基础工程体系,掌握深空探测基础共性技术,形成开展深空探测的基础工程能力。     

火星探测高分辨率可见光相机光学系统设计

详细规划了首次火星探测有效载荷高分辨率可见光相机光学系统设计方案。阐述了火星探测高分相机的科学意义以及国外火星高分相机的发展趋势。据此对光学系统的选型进行了分析,从应用优势角度选择了COOK式离轴三反系统完成光学系统设计,光学系统焦距为4 600 mm,相机对孔径1:12,实现分辨率优于0.6 m@300 km,视场角优于2°的光学系统。从工程可实现性角度,完成了相机离轴非球面反射镜检测补偿器的设计。该光学系统可保证火星高分相机指标居国际领先水平。     

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。     

甲烷-乙烷混合推进剂深度过冷技术的实验研究

针对甲烷采用液氮过冷可能发生甲烷冰堵风险,提出了在甲烷中添加乙烷,制备凝固温度更低的甲烷-乙烷混合推进剂的新方案,搭建实验系统测试了甲烷-乙烷凝固温度变化规律。研究发现,随着甲烷含量提高,混合推进剂凝固温度先降低后升高。当甲烷、乙烷比例为0.71∶0.29时,混合推进剂达到最低凝固温度,约73.0 K。当采用常压饱和液氮对混合推进剂过冷时,控制甲烷含量在0.52~0.81间可避免推进剂冻结。相较于常压饱和甲烷,防冻结区的混合推进剂密度提高了24.0%~38.4%,液相存在温区增大至35.7 K~40.5 K。此外,甲烷-乙烷混合推进剂具有理论比冲高、再生冷却性能佳、结焦与积碳小等优势。所提出的甲烷-乙烷混合推进剂在火星探测等任务中具有可观的应用前景。     

火星地形测绘研究综述

火星地形测绘是开展火星科学研究的基础。介绍了与地形测绘相关的火星探测任务,并对地形测绘传感器进行了分析。阐述了火星地形测绘摄影测量数据处理的基本原理,研究了基于SPICE库建立火星表面线阵影像严密几何模型的方法。讨论了火星地形测绘摄影测量数据处理中的光束法平差、密集匹配以及多线阵拼接等关键技术。在总结现有火星地形测绘任务特点的基础上,针对我国开展火星地形测绘研究提出了建议。     

天问一号火星进入舱热控系统设计与验证

天问一号火星进入舱携带祝融号火星车实施进入、下降、着陆过程,其热控系统设计主要面临地火转移外热流大幅变化、进入火星舱壁气动烧蚀长时高温、着陆发动机点火局部超高温等技术挑战。为此,综合采用隔热设计、等温化设计、主动控温设计等热控手段,针对外热流大幅变化应用了新型SAL-2热控涂层,为解决局部超高温问题研制了新型气凝胶热防护装置,完整构建了进入舱的高效可靠热控系统。飞行遥测数据表明,全飞行过程设备温度和热控功耗均优于指标要求,进入、下降、着陆过程工作设备温度范围5.0~40.3℃,整舱平均控温功耗不超过43W,验证了进入舱热控系统设计的有效性。     

Electric discharge in the Martian atmosphere,Paschen curves and implications for future missions

Electric discharge between two electrically charged surfaces occurs at a well-defined, gas-dependent combination of atmospheric pressure and the distance between those two surfaces, as described by Paschen’s law. The understanding of when the discharge will occur in the conditions present on Mars is essential for designing space-flight hardware that will operate on the Martian surface as well as understanding electrical discharge processes occurring in the Martian atmosphere. Here, we present experimentally measured Paschen curves for a gas mixture representative of the Martian atmosphere and compare our results to breakdown voltages of carbon dioxide, nitrogen, and helium as measured with our system and from the literature. We will discuss possible implications for instrument development as well as implications for processes in the Martian atmosphere. The DC voltage at which electric discharge occurred between two stainless steel spheres was measured at pressures from 10⁻² to 100 torr in all gases. We measured a minimum voltage for discharge in the Mars ambient atmosphere of 410 ± 10 V at 0.3 torr cm. As an application, the breakdown properties of space-qualified, electrical wires to be used in the Sample Analysis at Mars (SAM) instrument suite on the Mars Science Laboratory (MSL) were studied.     

火星电离层探测

火星已经成为深空探测的重要目标之一, 登陆火星并在火星生存是人类探测火星的终极目标, 因此电离层是必须了解的火星电磁环境. 火星电离层探测包括直接探测和间接探测. 直接探测精度高, 有较高的空间分辨率, 但是观测时间短, 无法提供长期稳定的探测结果. 对火星电离层的间接探测结果主要来自无线电掩星探测和顶部雷达探测. 无线电掩星探测可实现对火星电离层整个电子密度剖面的长期稳定探测, 但其空间水平分辨率较低, 且可探测的电离层太阳天顶角范围受到地球与火星轨道的限制. 顶部雷达探测对火星电离层的探测具有很高的时间分辨率和空间分辨率, 且同样可进行长期稳定探测, 为火星电离层研究提供了最新的支持. 通过对火星电离层探测的基本方法及典型观测结果的分析, 提出通过几种探测方法适当结合的方式, 同时对火星电离层进行观测, 能够大大推进对火星电离层的研究.      

火星空间磁场结构特征

在火星空间模拟的单流体MHD模型的基础上, 研究了火星空间磁场结构及火星表面局部磁异常对磁场结构的影响. 在太阳风与火星相互作用的过程中, 形成弓激波和磁堆积区, 行星际磁场弯曲并向两极移动且被拖拽变形, 大部分磁力线从火星两极绕过, 通过火星之后在磁尾留下V字形结构. 火星表面附近局部磁异常也对火星磁场结构产生不可忽视的影响. 不同位置和强度的磁异常与太阳风相互作用形成结构及形态各异的微磁层, 如被拖拽的微磁层和存在开磁力线的微磁层等. 局部磁异常改变了近火磁场结构, 并可能改变等离子体的分布.      

萤火一号深空测控设备

深空测控通信是实施深空探测的关键技术, 萤火一号探测器是中国第一个深空探测器. 本文介绍了深空测控通信的特点、存在的技术困难及需要攻克的关键技术, 描述了萤火一号火星探测器的测控通信技术方案及星载测控设备的功能分配, 给出了星载测控设备的基本配置情况及主要技术指标. 萤火一号探测器的测控和数传采用一体化设计方案, 在10 kg重量约束条件下, 实现了上行遥控通道及下行遥测通道, 具备科学数据传输通道及测定轨信号发送的功能, 而且每个通道均具有冗余备份设备.