An in situ laser induced breakdown spectroscope (LIBS) for Chandrayaan-2 rover: Ablation kinetics and emissivity estimations

A miniaturized in situ laser induced breakdown spectroscope-LIBS is one of the two lunar rover payloads to be flown in India’s next lunar mission Chandrayaan-2, with an objective to carry-out a precise qualitative and quantitative elemental analyses of lunar regolith at the proximity of the landing region. As per the imposed mission constraints and the executed design optimization studies, a compact and light-weight LIBS prototype model is developed at our premises. This paper mainly concerns with the estimation of theoretical aspects; especially on evaluation of elemental ablation parameters and signal-to-noise ratio (SNR) calculations for the designed instrument. Theoretical estimations and simulations yielded an incident laser power density of the order of 5 × 10¹⁰ W/cm² on the target surface at a defined lens-to-surface distance (LTSD) of 200 mm and revealed an SNR > 100 for most of the elements under consideration. This paper also addresses the impact of LTSD variation on detection capability. The estimation of plasma-temperatures was carried out utilizing the emission spectra obtained under high vacuum environments employing the LIBS laboratory model. Experimental investigations and the performed theoretical estimations asserted the successful operation of the configured LIBS instrument for in situ elemental analyses on lunar surface.     

Wireless sensor networks for planetary exploration: Experimental assessment of communication and deployment

Planetary surface exploration is an appealing application of wireless sensor networks that has been investigated in recent years by the space community, including the European Space Agency. The idea is to deploy a number of self-organizing sensor nodes forming a wireless networked architecture to provide a distributed instrument for the study and exploration of a planetary body. To explore this concept, ESA has funded the research project RF Wireless for Planetary Exploration (RF-WIPE), carried out by GMV, SUPSI and UPM. The purpose of RF-WIPE was to simulate and prototype a wireless sensor network in order to assess the potential and limitations of the technology for the purposes of planetary exploration.     

“火星科学实验室”EDL方案及其新技术分析

"火星科学实验室"进入、下降与着陆(EDL)技术代表了目前已步入应用阶段的火星探测的最新技术。在分析该方案基础上,对其所应用的升力式进入及进入制导控制技术、基于马赫数的开伞控制技术、"矢量点乘"控制的防热罩分离技术、基于"空中吊车"的动力下降与着陆缓冲技术和"空中吊车"飞离控制技术等进行了分析,可为火星探测研究提供一定的借鉴和参考。     

气囊着陆缓冲系统的冲击动力学多目标优化

文章以数值仿真为手段,研究了气囊缓冲登陆系统的冲击动力学多目标优化问题。首先,以类似于"猎兔犬"着陆缓冲系统为对象,确立了以囊内初始气压与收缩绳刚度为设计变量,以缓冲系统的首次冲击最大过载和囊体织物最大应力为目标函数的多目标优化问题。随后基于D最优试验设计,采用移动最小二乘(Moving Least Square,MLS)构建了各个目标函数的代理模型,并对目标函数随设计变量的变化规律进行了探讨。最后,采用遗传算法完成了缓冲系统的冲击性能优化,并给出设计空间中关于最大过载与织物最大应力的Pareto前沿。研究结果表明,MLS模型优化算法十分适用于解决非线性程度较高的冲击动力学优化问题,并且在替代真实模型仿真计算时不仅具有较高的近似精度而且具有高速的分析效率。     

深空探测智能遥感技术展望

在深空探测背景下,采用传统遥感方式进行探测带有一定的局限性,文章以美国为例介绍了智能遥感技术的发展情况。分析了深空探测任务对于传统遥感器的新需求,提出在深空探测信息智能化获取模式、深空探测遥感器参数智能化调整和在轨数据智能化处理3个方面开展深空目标智能遥感研究,以解决传统遥感器在深空探测中面临的局限。重点阐述了实现深空探测智能遥感的关键技术。最后提出中国深空探测智能遥感技术的发展建议。     

从月球逃逸探测小行星的发射机会搜索

从月球逃逸探测小行星的发射机会搜索因需考虑日、地、月引力的影响而使问题变得复杂。针对该多体系统的发射机会搜索问题,提出了一种分层渐近的搜索方法。该方法首先通过分析地月系质心与小行星的几何关系,搜索从地月系质心到小行星的发射机会,进而以地月运动为研究对象,推导出了从月球轨道切向逃逸机会的判别条件,并基于此判别条件及等高线图法对逃逸机会进行了搜索。同时,为提高所得发射机会在多体模型下的轨道修正收敛性,给出了基于月心逃逸轨道参数为终端约束的日-地与日-地-月动力学模型的轨道渐近修正方法。最后,以近地小行星(3908)Nyx和(190491)2000 FJ20为例,搜索其从月球逃逸的发射机会,仿真计算表明了该方法的有效性。     

载人深空探测任务航天医学工程问题研究

航天医学工程问题关系到载人深空探测任务中的人员生存及健康。文章从人员长期生存的生命保障、变重力生理效应及防护、地外环境效应与防护、人员生理健康监测与维护、人员心理健康等方面的问题入手,分析了问题产生的原因及解决的必要性,并提出了解决思路,为后续深入开展相关关键技术的攻关提供参考。最后,以载人月球基地任务为案例,提出了生命保障、变重力防护、辐射及月尘防护、生理及心理健康监测及维护等问题的解决方案。     

一种行星安全着陆点综合评估方法

随着精确着陆技术的发展,探测器在行星表面可到达的地区形貌状况越来越复杂。为了保障着陆的安全性,在下降过程中探测器需要结合敏感器信息对视野范围内的着陆区形貌进行评估分析,从而选取出最适宜着陆的地区。针对这一问题,本文提出一种行星安全着陆点选取思路,并设计出着陆点选取的参考指标,通过对形貌以及燃耗的评估,实时选取安全着陆点。MATLAB仿真结果表明,针对快速选取过程和遍历选取过程,该方法均能够在两种过程中有效选取出满足要求的着陆点,从而提高了任务的成功率与安全性。     

行星着陆自主导航与制导控制研究现状与趋势

行星着陆自主导航与制导控制技术是行星着陆过程的核心技术之一,关系到行星着陆任务的成败。本文基于未来火星和小天体着陆对自主导航与制导控制技术的发展需求,阐述了进一步开展自主导航与制导控制研究的必要性,围绕行星着陆过程环境特点,分析了自主导航与制导控制技术所遇到的挑战,随后概括了行星着陆自主导航与制导控制所涉及的关键技术,并综述了关键技术的研究现状。最后对我国未来行星着陆探测自主导航与制导控制技术的发展方向进行了展望。     

集成火星进入弹道的开伞过程动力学特性研究

针对火星探测任务设计阶段的需求,提出集成再入弹道、开伞过程仿真一体化设计方法。首先,利用质点动力学模型,计算质点弹道,进行探测器进入过程的飞行轨迹仿真,获得开伞初始状态。其次,基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法,建立开伞过程的流固耦合（FSI）动力学模型,进行典型工况开伞过程数值模拟,分析开伞动压和马赫数对降落伞充气过程的影响。数值模拟开伞过程伞衣几何外形变化和降落伞的流固耦合动力学行为,得到开伞过载变化曲线、伞衣阻力面积变化等典型特征参数。计算结果表明,降落伞开伞动力学的数值仿真方法为火星再入、减速和着陆（EDL）过程的概念设计提供了一定的参考依据。