我国深空探测器采样封装技术发展

深空探测器采样封装技术主要研究从地外天体表面采集土壤、碎岩等承载着丰富科学信息的样品,并对样品进行必要的整形和封装。文章围绕我国在深空探测器采样封装技术领域的实践和研究情况进行综述。介绍了国内外采样封装技术发展,详细阐述了我国已成功完成的月球采样封装任务中有关剖面月壤采集、表层月壤采集、样品密封、地面验证和在轨操作等方面的关键技术突破。探讨了采样封装技术在我国后续月球极区探测、小天体探测及采样返回、火星探测及采样返回等深空探测任务的相关应用情况,并对未来该技术的发展趋势和研究方向进行了展望。

我国深空探测器结构与机构技术发展

我国深空探测任务的不断发展对探测器的结构与机构技术提出了更高的需求,文章主要针对月球、火星、小行星等深空探测任务,梳理了我国深空探测器领域结构与机构所取得的主要技术成果和发展,对未来探测任务需求提出了展望,为后续深空探测器结构与机构技术发展提供参考。

我国深空探测器综合测试技术发展

综合测试作为探测器系统设计验证的重要环节,其技术发展有力支持和保障了探测器的产品质量及研制进度。文章分析了我国深空探测器综合测试任务的需求特点,梳理论述了我国在月球探测和行星探测任务中综合测试技术发展应用情况,系统地总结了我国在深空探测器测试设计、测试系统以及测试过程控制与评估等技术方面的进步。最后,展望月球与深空探测领域综合测试的发展需求,提出综合测试技术后续的重点发展方向。

我国深空探测器总体构型技术发展

在我国深空探测发展过程中,作为工程各大系统的重要组成部分,深空探测器从月球探测器嫦娥一号起步,先后研制成功嫦娥三号、嫦娥五号,以及火星探测器天问一号,并由单一航天器发展成为多航天器组合体。文章对我国深空探测任务中各型号深空探测器总体构型特点进行了综述,深空探测器总体构型技术的发展历程充分反映了深空探测发展阶段的任务特点和技术进步,可以为今后深空探测器研制提供参考。

我国深空探测器制导导航与控制技术发展

制导导航与控制(GNC)技术是深空探测任务的一项核心关键技术。文章介绍了我国深空探测器GNC技术的发展和成就,包括:探月工程中环绕探测、着陆巡视、返回再入等历次任务的关键技术发展和成果,例如高精度高可靠轨道控制、自适应动力显式制导、基于双目立体视觉的自主环境感知、跳跃式返回再入技术;天问一号火星探测器的关键技术及成果,例如大动态环境下的高容错自主导航技术、大干扰下的快速姿态机动控制技术。最后,对未来深空探测领域GNC技术的发展趋势和需求进行了展望,在自主运行、人工智能等方向给出了发展建议。

我国深空探测器数据管理技术发展

数据管理(简称数管)分系统是深空探测器平台的重要分系统,将探测器测控任务综合在一个以计算机系统为主的系统中,为探测器平台和有效载荷提供全面、综合的服务与管理。文章论述了在我国深空探测器(嫦娥一号到嫦娥六号月球探测器、天问一号火星探测器)任务实施过程中数管技术的发展历程及其应用情况;其中形成的针对深空探测器的高可靠、集成化、智能化、网络化的数管技术体系,为未来深空探测器任务顺利实施奠定了技术基础。展望后续深空探测器的发展,给出了数管技术在智能自主管理技术等方面的发展建议。

我国深空探测器可靠性安全性技术发展

深空探测工程推动了我国深空探测器可靠性安全性技术的长足发展,形成了以识别风险、控制风险为首要目标的可靠性安全性技术体系。文章总结了探月工程中的绕月探测器、落月探测器、返回式月球探测器和火星探测器任务中的基于飞行事件的系统可靠性分析、环境适应性设计及验证等可靠性安全性工程实践;论述了在不同时期可靠性安全性技术的应用重点和技术突破;分析了后续深空探测器可靠性安全性工作需求。

深空探测器的自主运行技术研究

综述了深空探测器自主运行技术发展的现状,分析了实现深空探测器自主运行的关键技术,主要包括自主任务规划技术、自主导航技术、自主故障诊断与重构技术,以及支撑实现上述功能的航天器智能信息技术。然后,重点介绍了这四方面技术的发展现状及面临的主要技术问题。最后,结合深空探测后续任务实施和技术发展需求,提出了未来深空探测器自主运行技术发展的几点建议。

深空探测器同波束相位参考成图相对定位方法

针对我国后续深空探测任务中高精度相对定位需求,提出了采用天文同波束相位参考成图技术进行深空探测器相对定位的方法。首先建立适用于深空探测器信号特点的同波束相位参考成图相对定位模型,然后分析信号带宽和UV覆盖两个因素对测量精度的影响。最后利用我国VLBI观测网(CVN)在2013年15、20和21日接收的嫦娥三号着陆器和玉兔号巡视器下行同波束数据,处理得到了巡视器在5个环拍点相对着陆器的位置,验证了本文方法的可行性及其对探测器下行信号的强适应性。与视觉定位结果的对比表明,巡视器相对着陆器定位精度达到米级。

国外深空探测器着陆缓冲系统的特点和应用

主要介绍国外月球和行星探测器的着陆缓冲系统的特点与应用。着陆缓冲系统的基本类型包括软着陆机构、气囊缓冲装置和空中悬吊机结构。其中:软着陆机构由着陆架(腿)、缓冲器和展开锁定机构组成,具有质量较大,结构较简单、可靠的特点,在美国"勘测者"、"阿波罗"、"梦神"和苏联月球号等着陆器中得到了应用;气囊缓冲装置由气体发生器、气囊组件,以及缩回与展开机构组成,具有质量小、包装容积小和着陆稳定性好的特点,在美国"火星探路者"、"火星探测巡视器",苏联早期月球号着陆器,以及欧洲"贝皮-哥伦布"水星探测器中得到了应用;空中悬吊机结构由空中悬吊机及其推进系统等组成,具有着陆速度低、冲击小和安全可靠的特点,在美国"火星科学实验室"的好奇心号巡视器上得到了应用。

深空探测器自主健康管理需求及其软件架构

由于深空探测器距离远,要求具有很强的自主健康管理能力.目前大多数深空探测器自主健康管理功能为型号特定、缺乏统一的健康管理方法及软件架构,难以实现星载自主健康管理软件的通用化.针对此问题,本文对深空探测器自主健康管理需求进行了分析,提出了一种基于包应用标准和航天器接口业务标准的自主健康管理方法,设计了分层的通用软件架构.本文对架构中与健康管理相关的在轨监视业务构件、事件报告业务构件、事件动作业务构件等3个核心构件进行了详细设计,并进一步说明了架构在原理样机中的应用验证情况.

基于X射线脉冲星的深空探测器自主导航方案

X射线脉冲星自主导航系统可以为深空探测器提供位置、速度、时间和姿态等丰富且自主的导航信息,以X射线脉冲星测得的信息作为量测量,结合轨道动力学方程,对航天器的轨道进行自主估计确定。论文阐述了该方案的导航原理,在借鉴现有航天器导航系统的基础上,提出了基于X射线脉冲星导航的方案,介绍了方案的硬件组成、系统结构,并针对方案中导航敏感器多冗余的特征,给出了基于多传感器组合导航技术的结构,最后用仿真资料对方案做了性能概算和精度估计。

普适变量法在深空探测器轨道设计中的应用

给出了利用普适变量法来求解飞行时间 ,开普勒问题和高斯问题的计算方法 ,将这些方法用于深空探测器的轨道设计 ,针对不同要求提出了 3种改进设计的方法 ,对每种方法的适用范围进行了详细的分析。

基于信息融合的深空探测器的自主导航方法

天文导航是深空探测器实现自主导航的重要手段之一 ,其基本原理是基于航天器轨道动力学方程和对天体的观测信息 ,利用卡尔曼滤波精确估计航天器的位置和速度。但由于天文导航只使用了相对于天体的角度信息 ,所以定位精度较低。为解决这一问题 ,文章提出了一种在天文观测信息的基础上 ,同时利用多普勒频移测量探测器与地面站的相对速度 ,并利用信息融合将两者有效的结合在一起的导航新方法。计算机仿真结果显示 。

深空探测器热控系统设计方法研究

针对国外深空探测器热控系统设计方法进行了调研和综述,并在此基础上提出了深空探测器的热控系统设计特点,为我国深空探测器热控系统的设计提供参考。

一种深空探测器自主天文导航新方法及其可观测性分析

天文导航是一种适用于深空探测器的完全自主的导航方法.与传统的直接利用天体观测信息进行滤波的方法不同,针对深空探测器,提出了一种首先利用天文观测信息通过几何解算得到一个初步的定位结果,再结合轨道动力学方程利用多模自适应(MM)滤波方法对初步结果进行再处理的自主天文导航新方法.仿真计算的结果表明,该方法可以明显提高导航定位精度,同时从可观测性和可观测度的角度,分析了应用该方法提高导航定位精度的原因和机理.

国内外深空探测器精密定轨软件研究综述及WUDOGS简介

深空探测器精密定轨软件系统的研制在深空探测活动中是一个非常重要的环节,一直受到各大航天机构的重视。针对国内外深空探测器精密定轨软件平台的研究现状,重点介绍了具有代表性的美国JPL(Jet Propulsion Laboratory,喷气推进实验室)的DPTRAJ/ODP(Double Precision TRAJectory program/Orbit Determination Program,双精度轨道程序/定轨程序)和MONTE(Mission analysis,Operations,and Navigation Toolkit Environment,任务分析、操作和导航工具箱环境),GSFC(Goddard Space Flight Center,戈达德航天飞行中心)的GEODYN-II以及法国CNES(Centre National dEtudes Spatiales,国家空间研究中心)的GINS(Géodésie par Intégrations Numériques Simultanées,同步数值积分大地测量)软件系统,对这些软件的结构与功能进行了总结。之后对武汉大学自主研制的深空探测器精密定轨软件系统WUDOGS(Wuhan University Deep space Orbit determination and Gravity recovery System,武汉大学深空探测器精密定轨与重力场解算软件系统)的主要模块与功能进行了介绍,通过与GEODYN-II的交叉对比验证,表明:对于探测器的轨道预报,WUDOGS与GEODYN-II的1个月位置差异小于0.3mm,2d位置差值小于5×10^(-3) mm;双程测距、双程测速的理论计算值和GEODYN-II的差值RMS(Root Mean Square,均方根)分别在0.06mm,0.002mm/s的水平;WUDOGS目前已初步具备了月球和火星探测器精密定轨能力。最后对WUDOGS的下一步发展方向进行了展望。

应用三向测量数据的深空探测器实时滤波定位算法

三向测量数据是深空探测器的一类重要观测数据,文章采用不敏卡尔曼滤波(UKF)算法实现了应用三向测量数据的深空探测器实时滤波定位计算,给出了三向测量体制下的观测模型及观测预测值计算方法,建立了动力学及非动力学两种方式下的滤波预测模型。利用嫦娥三号探测器的实测数据对算法进行了有效性验证,结果表明,文章所给出的观测及预测模型建立方法,适用于三向测量数据,动力学建模算法的稳定性与抗野值能力优于非动力学建模算法,但复杂度又高于非动力学建模方法。上述研究结果对深空探测器的定位或定轨计算具有一定的参考价值。

适用于深空探测器的时间线转移路标启发式规划方法

针对深空探测器各子系统状态并行及约束耦合的特点,设计了最大转移代价计算方法,并在此基础上提出了时间线路标提取方法。然后,针对路标集合重复计算耗时长的问题,提出了路标增量式搜索算法实现路标集合动态快速更新,并进一步结合最大目标节点筛选策略提出了时间线转移路标启发式规划方法。仿真结果表明,时间线转移路标启发式规划方法能够有效减少冗余规划步数,提高规划求解效率。

深空探测器多结太阳电池电性能量化评测方法

针对深空探测器太阳电池阵电性能缺乏量化评测方法的问题,文章利用标准电池和参考电池建立脉冲光源标准光源,对太阳电池阵选定工作点电流的关键指标开展基于分结标定标准子电池组、测试光源稳定度与均匀度调试、脉冲光源校准和光谱失配误差修正的专项评测,有效实现了太阳模拟器合成光谱分布与AM0标准光照条件的一致性问题,解决了脉冲光源均匀性与稳定性的兼容性问题和电池失配修正问题。利用嫦娥五号上升器太阳电池阵地面测试数据与修正后的在轨飞行数据进行比对,得出待测产品地面评测结果准确度优于±1%的结论,验证了评测方法的准确性和有效性。