我国深空探测任务电源系统发展需求

针对我国后续月球极区探测、小天体探测、火星探测、木星系探测深空探测重点任务,在梳理分析每个探测任务约束的基础上,提出电源系统的具体需求;对上述4个方向的深空探测任务的电源系统需求进行归纳总结,提出我国后续深空探测任务的电源系统主要发展建议,具体包括宽温度和光强适应性、抗辐照的太阳电池阵,轻小型智能化的电源控制装置,高功率密度的电源系统MPPT拓扑;最后对同位素温差发电技术进行了发展展望,为后续深空探测电源系统研究和设计提供参考。     

模型参数扰动下的火星大气进入鲁棒状态估计方法

针对火星大气进入段模型参数扰动及动力学系统的强非线性影响导航系统状态精确估计问题,提出了一种模型参数扰动下的鲁棒插值滤波（DDF）方法。该方法在传统插值滤波方法代价函数的基础上,通过把扰动参数对状态估计精度影响的度量矩阵乘积的迹增广到代价函数,推导了具有解析滤波增益形式的鲁棒插值滤波方法。同时,通过实时计算进入过程中导航系统的非线性,基于系统非线性度给出了鲁棒插值滤波方法阶次自适应选取准则。只在系统强非线性阶段采用高阶鲁棒插值滤波方法,既保证状态估计精度,同时满足导航系统实时性需求。仿真结果表明,提出的鲁棒插值滤波方法比传统的一阶插值滤波方法估计精度更高,能达到二阶鲁棒插值滤波方法的估计精度,比整个进入过程采用二阶鲁棒插值滤波方法具有更高的解算效率。     

火星进入段自主导航技术研究现状与展望

基于国际上成功着陆的火星探测任务和未来火星着陆探测技术的发展需求,阐述了火星进入段自主导航的必要性。首先总结了火星进入段自主导航技术的研究现状与发展趋势,随后分析了火星进入段自主导航的特点以及所面临的挑战,并概括了火星进入段自主导航所涉及的关键技术。最后对我国未来火星探测任务进入段的自主导航技术发展方向进行了展望。     

Novel orbits of Mercury,Venus and Mars enabled using low-thrust propulsion

Exploration of the inner planets of the Solar System is vital to significantly enhance the understanding of the formulation of the Earth and other planets. This paper therefore considers the development of novel orbits of Mars, Mercury and Venus to enhance the opportunities for remote sensing of these planets. Continuous acceleration is used to extend the critical inclination of highly elliptical orbits at each planet and is shown to require modest thrust magnitudes. This paper also presents the extension of existing sun-synchronous orbits around Mars. However, unlike Earth and Mars, natural sun-synchronous orbits do not exist at Mercury or Venus. This research therefore also uses continuous acceleration to enable circular and elliptical sun-synchronous orbits, by ensuring that the orbit's nodal precession rate matches the planets mean orbital rate around the Sun, such that the lighting along the ground-track remains approximately constant over the mission duration. This property is useful both in terms of spacecraft design, due to the constant thermal conditions, and for comparison of images. Considerably high thrust levels are however required to enable these orbits, which are prohibitively high for orbits with inclinations around 90°. These orbits therefore require some development in electric propulsion systems before becoming feasible.     

“天问一号”火星探测器关键任务系统设计

“天问一号”任务是我国行星探测的首次任务,在国际上首次通过一次任务实现了火星“环绕、着陆、巡视”的三步跨越.“天问一号”探测器由中国空间技术研究院负责抓总研制,包括环绕器和着陆巡视器两个组成部分.对“天问一号”探测器的任务特点和概貌进行了介绍,对包括飞行过程、远距离深空通信、火星捕获过程、火星进入下降及着陆过程、火星车解锁驶离和火面工作等关键环节的设计方案进行了描述,对“天问一号”所取得的技术成果与创新进行了总结.     

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。     

火星空间环境磁场探测研究

萤火一号卫星将对火星空间环境磁场实施探测. 火星磁场对火星弓激波、磁鞘、电离层、大气等绝大多数空间环境效应都具有重要影响, 萤火一号对火星磁场的探测是通过搭载于其上的科学载荷磁强计来实现的. 此磁强计在工作原理及具体设计上, 考虑了火星轨道严酷的工作环境和科学目标所需的测量要求. 通过装星前的地面标定测试, 验证了萤火一号磁强计可以在-130~75°C温度范围内测量±256 nT以内的磁场, 分辨率可达到0.01 nT, 带宽内总噪声小于0.03 nT, 能够满足萤火一号对火星空间环境探测的需求.     

火星探测器进入过程防热层温度测量方法

火星探测器进入过程中的防热层烧蚀温度是防热结构设计和气动热环境辨识的关键参数之一。为了满足防热层温度在轨测量的需求,提出采用柱塞式结构大底分层测温探头和U形结构背罩测温探头,与电缆和多通道温度变换器共同组成温度传感器进行在轨测温的方法。设计内容包括测温探头热电偶元件选取、结构形式和安装方式,以及信号集中放大变换和自动冷端补偿等。开展全量程标定和风洞专项试验验证,证明所设计的温度传感器可以实现1300 ℃以下烧蚀温度变化全过程测量,测量精度达到0.28%。该温度传感器已在我国首次火星探测任务“天问一号”探测器的着陆巡视器上成功应用,可为进/再入航天器烧蚀温度在轨测量的实施提供借鉴和参考。     

火星盘缝带伞跨声速风洞试验研究

火星着陆器在进入减速着陆过程中降落伞是必需的气动力减速装置,然而火星大气的特殊性使得火星降落伞开伞工作时具有超声速、低密度、低动压的特点,因而火星降落伞的构型、参数选择非常关键。文章在对火星盘缝带伞进行理论分析和国际应用研究的基础上,选取四种典型结构参数的盘缝带伞型,即常规透气量和低透气量的探路者型和海盗型伞型,在中国国内首次进行了亚-跨声速风洞试验,对这四种伞型在亚-跨声速下的阻力特性和稳定性开展研究。风洞试验采用横梁式测力天平测量阻力,同时用影像设备观察伞的摆动角度。研究结果表明,盘缝带伞的跨声速段阻力系数与理论值基本相符,能够满足火星环境下的减速需要;盘缝带伞随阻力系数增加稳定性降低,设计中必须兼顾考虑。