国外深空探测态势特点与启示（上）

通过对国外主要航天大国在深空探测领域发展过程的梳理,重点分析了各国在无人深空探测技术、载人深空探测技术和地面测控通信技术三个方面的技术发展特点,并从总体角度对其主要技术特征和关键技术进行了深入剖析,从中提炼出对我国深空探测活动的启示,以期对我国深空探测的开展有所借鉴和推动。     

国外深空探测态势特点与启示（下）

通过对国外主要航天大国在深空探测领域发展过程的梳理,重点分析了各国在无人深空探测技术、载人深空探测技术和地面测控通信技术三个方面的技术发展特点,并从总体角度对其主要技术特征和关键技术进行了深入剖析,从中提炼出对我国深空探测活动的启示,以期对我国深空探测的开展有所借鉴和推动。     

Human response to high-background radiation environments on Earth and in space

The main long-term objective of the space exploration program is the colonization of the planets of the Solar System. The high cosmic radiation equivalent dose rate represents an inescapable problem for the safe establishment of permanent human settlements on these planets. The unshielded equivalent dose rate on Mars ranges between 100 and 200 mSv/year, depending on the Solar cycle and altitude, and can reach values as high as 360 mSv/year on the Moon. The average annual effective dose on Earth is about 3 mSv, nearly 85% of which comes from natural background radiation, reduced to less than 1 mSv if man-made sources and the internal exposure to Rn daughters are excluded. However, some areas on Earth display anomalously high levels of background radiation, as is the case with thorium-rich monazite bearing sand deposits where values 200–400 times higher than the world average can be found. About 2% of the world’s population live above 3 km and receive a disproportionate 10% of the annual effective collective dose due to cosmic radiation, with a net contribution to effective dose by the neutron component which is 3–4 fold that at sea level. Thus far, epidemiological studies have failed to show any adverse health effects in the populations living in these terrestrial high-background radiation areas (HBRA), which provide an unique opportunity to study the health implications of an environment that, as closely as possibly achievable on Earth, resembles the chronic exposure of future space colonists to higher-than-normal levels of ionizing radiation. Chromosomal aberrations in the peripheral blood lymphocytes from the HBRA residents have been measured in several studies because chromosomal damage represents an early biomarker of cancer risk. Similar cytogenetic studies have been recently performed in a cohort of astronauts involved in single or repeated space flights over many years. The cytogenetic findings in populations exposed to high dose-rate background radiation on Earth or in space will be discussed.     

月球探测任务测控系统总体设计技术研究

我国的探月工程采用"绕、落、回"三步走发展战略,测控系统作为工程五大系统之一,通过探月工程建成了全球布站的深空测控网和18 m测控网,并圆满完成了历次任务对探测器的测控,在任务分析与设计、测定轨和链路设计等方面积累了大量实战经验。本文以嫦娥四号中继星和探测器两次发射任务为例,系统梳理了我国深空测控网和18 m测控网现状;根据任务需求,从测控覆盖、链路性能、测定轨精度和日凌影响等方面对测控任务实施能力进行了详细分析。以此为基础,对多目标测控、轨道测量和日凌期间的测控方案进行了系统设计。通过对任务期间获取的实测数据进行全面分析,总结了测控实施情况,并对后续工作提出了建议,以期为我国后续月球和深空探测测控通信任务设计提供借鉴。     

一种小天体旋转参数估计方法

小天体旋转参数是科学数据,也是小天体测绘,着陆导航的基础数据.研究一种在小天体探测接近段过程中使用的基于图像上特征点跟踪和扩展卡尔曼滤波器的小天体旋转参数估计方法.该方法首先建立小天体旋转关系模型,表示小天体在相机坐标系中的姿态变化;然后定义小天体旋转的状态方程,推到了扩展卡尔曼滤波器的计算过程.通过对观测图像序列上的特征点跟踪,利用扩展卡尔曼滤波器方法得到小天体旋转轴指向和自转角速度估计.实验中,在仿真相机与小天体相机100 km距离上,分析了相机坐标系小天体坐标系之间的四元数初值,图像上特征点跟踪精度,相机的观测指向等因素对小天体旋转参数估计精度的影响.实验结果表明,提出的基于图像特征点跟踪和扩展卡尔曼滤波器的小天体旋转参数估计方法能够得到具有较高精度的估计结果.     

国内外行星表面巡视器自主导航技术研究

作为航天技术发展的前沿和趋势,深空探测是人类历史上最为复杂的系统工程之一.星球巡视器是在星球表面移动作业的无人探测系统,能够对星球表面进行大面积、近距离和接触式的考察,是地外星球着陆探测作业的主要手段.星球巡视器导航技术是研究星球巡视器的关键技术之一,其导航自主性能直接影响星球探测计划能否顺利进行.本文首先概述了星球巡...     

轮控小行星探测器建模及跳跃移动仿真

小行星探测器在弱引力环境下无法采用传统的轮式机构进行移动。为解决该问题,采用反作用飞轮对探测器跳跃移动进行控制,并分析了该方案的可行性。根据Hertz碰撞定律及简化的Karnopp切向摩擦力模型,建立了探测器与地面的接触力模型。分析了轮控小行星探测器的起跳过程,给出了探测器静止起跳所需要的最小飞轮力矩关系。考虑到反作用飞轮存在惯性、粘滞、摩擦等情况,建立了轮控探测器的姿态动力学模型,并对探测器在均匀重力场下的连续跳跃过程进行了控制策略设计及仿真。结果表明:基于飞轮控制的小行星探测器跳跃移动在微重力环境下是可行的,且可以通过施加合适的控制力矩维持探测器跳跃的方向及跳跃过程的稳定性。     

一种提升近地小行星防御中拦截效率的方法

利用核爆直接炸毁小行星或改变小行星的轨道以避免其与地球相撞,是近地小行星防御最主要的手段之一。文章基于美国爱荷华州立大学的超高速小行星拦截器(HAIV)概念,提出一种将原撞击引导器改为长杆撞击器的方案,采用自主研发的欧拉型冲击动力学仿真软件NTS模拟长杆撞击器对小行星连续开坑的过程,并在仿真中加入能量源以模拟核爆装置在不同深度爆炸对小行星产生的偏转与破坏效应。研究结果表明,采用长杆撞击器并合理控制撞击速度,能够引导核爆装置进入更深的地下爆炸,从而更加高效地耦合核爆能量,提升偏转小行星或直接摧毁小行星的能力。     

通过全球专利分析看深空探测 自主导航与控制技术发展

深空探测作为人类航天活动的重要方向,是人类探索宇宙奥秘和寻求长久发展的必然途径,也是衡量一个国家综合国力和科学技术发展水平的重要标志.作为深空探测中的一类重要技术,自主导航与控制技术越来越多地受到关注并得到应用,成为各国深空探测技术研究和发展的热点之一.以深空探测自主导航与控制技术为对象,通过专利检索分析,研究国内外发展现状,试图获得技术趋势.     

自主导航控制及惯性技术发展趋势

从协同化、体系化、一体化适应未来战争的信息化,跨域化、高速化、多用化适应未来战争的立体多维化,自主化、平台化、小型化适应未来战争的无人智能化3个方面概述了未来战略新常态下武器装备对自主导航控制的需求,进而对自主导航控制这一概念进行了简要概述.从精确打击入手,阐述了惯性技术对自主导航的重要性,提出惯性技术是自主导航控制的核心.最后,从惯性器件、惯性传感技术、惯性测试、新功能材料、新兴算法和软件技术等方面分析总结了惯性技术的发展趋势,并对我国惯性技术的发展提出了一些建议.