Four-month Moon and Mars crew water utilization study conducted at the Flashline Mars Arctic Research Station,Devon Island,Nunavut

A categorized water usage study was undertaken at the Flashline Mars Arctic Research Station on Devon Island, Nunavut in the High Canadian Arctic. This study was conducted as part of a long duration four-month Mars mission simulation during the summer of 2007. The study determined that the crew of seven averaged 82.07 L/day over the expedition (standard deviation 22.58 L/day). The study also incorporated a Mars Time Study phase which determined that an average of 12.12 L/sol of water was required for each crewmember. Drinking, food preparation, hand/face, oral, dish wash, clothes wash, shower, shaving, cleaning, engineering, science, plant growth and medical water were each individually monitored throughout the detailed study phases. It was determined that implementing the monitoring program itself resulted in an approximate water savings of 1.5 L/day per crewmember. The seven person crew averaged 202 distinct water draws a day (standard deviation 34) with high water use periods focusing around meal times. No statistically significant correlation was established between total water use and EVA or exercise duration. Study results suggest that current crew water utilization estimates for long duration planetary surface stays are more than two times greater than that required.     

Development of theoretical approaches to the control of a water-treatment system

The Advanced Life Support/NASA Specialized Center of Research and Training (ALS/NSCORT) focuses on research and development of technologies to support human habitation during space missions. This research was done as part of an effort to maintain crewmembers’ water supply in a closed life-support system. The water subsystem was the primary focus of this study because water is one of the most expensive and important resources for human survival.     

采样机械臂关节月表环境适应性设计

文章针对月球表面采样任务对机械臂关节防尘、耐高低温和轻量化的特殊要求,提出一种由永磁同步电机驱动、2K-H行星减速器+谐波减速器传动的关节设计方案。该方案采用电机的齿槽转矩提供关节制动力矩,并采用前馈力矩补偿控制的方法消除齿槽转矩引起的速度波动,节省了制动器的配置;通过控制减速器传动侧隙、电机定子与壳体的过盈量及密封垫片厚度,实现关节在-100~160℃高低温环境的热匹配和防尘。仿真分析和样机试验结果验证了关节设计方案可满足月表采样的月面特殊环境要求。     

用于火星表面生命信息探测的激光拉曼技术进展

生命信息探测一直是深空探测中重要的一个部分。简要介绍了拉曼光谱技术探测有机物的优势和火星生命信息探测进展,以及常见的火星生命信息探测技术;重点概述了国内外用于火星有机物和生命信息探测的激光拉曼光谱技术的进展,分析总结了火星表面有机物质探测技术的发展趋势;最后简要概述了拉曼光谱技术在火星探测领域的发展前景。     

深空天线组阵宽带信号频域合成技术研究

分析了深空天线组阵中宽带信号合成需求,提出一种宽带信号频域波束形成方法,设计相应的信道化滤波器组,达到了近似完全重建的目的;采用多相FIR(Finite Impulse Response,有限脉冲响应)和FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)结合的方式降低了DFT(Discrete Fourier Transform,离散傅里叶变换)滤波器组的计算量。在此基础上开展了原理样机的研制,并通过数传基带对样机进行闭环BER(Bit Error Rate,比特误码率)测试,根据测试BER数据计算样机本身SNR(Signal Noise Ratio,信噪比)恶化和合成效率。测试结果表明:合成信噪比损失小于0.4dB,验证了设计的正确性和合理性。     

嫦娥三号巡视器的惯导与视觉组合定姿定位

针对“嫦娥三号”的“玉兔号”巡视器在月面未知环境中避障与安全行进的要求,分析和阐述了“玉兔号”巡视器在地面遥操作中心的控制下利用惯导和视觉组合进行月面导航与精确定位的实现方法,并结合现有的导航定位研究对“玉兔号”巡视器导航与定位的工程创新性进行了总结,阐明了惯导定位和视觉定位技术在“玉兔号”巡视器月面探测过程中的工程应用特点.最后,通过“玉兔号”巡视器着月点的精确定位实验,验证惯导和视觉相结合的定位方法的有效性,定位精度近似达到总行驶里程的1％,这对“玉兔号”巡视器开展月面探索和准确抵达科学目标位置具有重要作用.     

自校准扩展Kalman滤波方法

提出一种自校准扩展Kalman滤波(SEKF)方法,针对3种含有未知输入(如未知系统误差、突风、故障等)的不同的非线性系统模型,分别给出了滤波递推算法.在导航、信号处理、故障诊断等领域的许多非线性工程中,传统的扩展Kalman滤波(EKF)方法无法消除未知输入的影响,在滤波过程中往往产生较大误差甚至发散.提出的SEKF方法能够对这种未知输入进行补偿和修正,从而提高滤波精度.数值仿真算例表明:SEKF的滤波误差均值和标准差分别减少到传统EKF的1/12和1/4,有效地改善了滤波精度.并且该方法计算简单,便于工程应用.      

深空探测器自主技术发展现状与趋势

深空探测器距离地球远、所处环境复杂、苛刻,利用地面测控站进行深空探测器的遥测和遥控已经很难满足探测器控制的实时性和安全性要求。深空探测器自主技术即通过在探测器上构建一个智能自主管理软件系统,自主地进行工程任务与科学任务的规划调度、命令执行、星上状态的监测与故障时的系统重构,完成无人参与情况下的探测器长时间自主安全运行,自主技术已经逐渐成为深空探测领域未来发展的一项关键技术。本文首先分析了传统测控模式对深空探测的约束,回顾了深空探测器自主技术发展的现状,分析了实现深空探测器自主运行的关键技术,包括在轨自主管理系统设计技术、自主任务规划技术、自主导航与控制技术、自主故障处理技术和自主科学任务操作技术。然后结合深空探测工程实施和技术发展需求,提出未来深空探测器自主技术发展的趋势和重点。     

火星探测无人机快速景象匹配算法

针对火星无人机探测飞行过程的特点及其机载计算机的局限性,在充分研究了矩阵奇异值向量性质特点的基础上,对奇异值向量进行主分量分析,提出了一种应用于火星无人机平飞段的基于奇异值分解的分层快速景象匹配算法,并给出了与之相应的机载特征数据存储方法.与相关算法的对比性实验表明,本文提出的算法具有准确,稳定,且速度更快,数据量更小的优点.通过仅在飞行末段,将本文算法切换成现有的基于SIFT算子的匹配算法,能在实现火星无人机全程快速景象匹配的同时,有效降低对其机载计算机综合性能的要求.     

空间物理学最新进展与展望

空间物理学是人类进入空间时代后迅速发展的一门新兴交叉学科,特别是进入新世纪后国内外都取得了辉煌的成就.本文简要介绍空间物理领域近年来取得的重要进展、重要成果、国内外发展趋势,以及未来发展的重点方向.