地下空间探测与地下工程研究

文章全面探讨了地下空间探测与地下工程在矿山领域的应用,特别强调金属非金属矿山的地下空间现状及其开发利用。首先分析了地下探测技术在矿山应用的重要性,着重考察了三维激光扫描技术,在地下巷道岩体结构面识别的应用以及点云数据处理技术的进步。其次讨论了地下工程面临的挑战,包括工程安全性、地下空间资源的有效开发利用以及环境监测技术。此外,文章对地下采空区问题进行了深入研究,包括采空区的探测、稳定性评价及治理技术。在地下空间资源开发利用方面,文章分析了金属非金属矿山地下空间的开发模式,探讨了地下空间的综合利用策略和经济效益。最后,展望了地下空间探测技术与地下工程管理策略的未来发展趋势。

2018年国外空间探测发展综述

世界空间探测活动经历半个世纪的发展,已步入稳步和快速发展阶段。2018年主要航天国家在空间探测技术和科学发现方面继续取得新的突破和成就,全球实施了4次新的空间探测任务,2次任务取得新成果,另有2个空间探测器结束使命。截至2018年年底,美国、苏联/俄罗斯、欧洲、日本、中国、印度等国家和组织先后发射实施了250次空间探测任务。不考虑搭载任务,目前全球在轨工作或飞行途中的探测任务共有32次(包括34个探测器),其中火星探测器9个,月球探测器7个,小行星探测器2个,金星探测器1个,水星探测器1个,木星探测器1个,冥王星探测器1个,太阳探测器6个,星际探测器2个,深空技术试验器1个以及地球以远空间科学望远镜3个。按所属国家划分,分别是美国21个,欧洲5个,日本3个,中国4个,印度1个。

美国空间探测器热防护材料发展现状及趋势

综述了美国空间探测器热防护材料的发展及现状,介绍了几类具有代表性的防热材料:高密度酚醛玻璃钢、DC-325、Avcoat、SLA-561、PICA(Phenolic impregnated carbon ablator)和碳酚醛等,及其所应用的探测器、气动加热环境和防热结构成型工艺,着重阐述了美国在研的猎户座载人登月飞船防热材料的研制情况,并介绍了两类热点的烧蚀防热材料在以往研制过程中出现的异常情况以及选材的变化及进展,总结了猎户座的研制经验,同时指出了后续空间探测器防热结构及材料的发展方向。

中国空间探测领域40年发展

中国空间科学学会成立的40年,是中国空间探测逐渐走进世界舞台的40年,空间探测极大推动了空间科学和相邻学科的发展,也影响到经济、军事和日常生活诸多方面.本文简要回顾了从空间探测专业委员会成立的1980年至今,中国空间探测领域的主要发展历程,包括探空火箭、高空气球、科学卫星、月球与行星探测、载人航天空间探测、遥感卫星地面站等主要项目、进展和所取得的成果,对未来若干年空间探测的发展进行了展望.

基于构型组合的空间探测机器人移动机构设计

提出基于构型组合和构型创新的空间探测机器人移动机构设计方法。该方法将轮式空间探测机器人视为由轮系、悬架和车体三类子构型组合而成的多体系统。提出同构组合和异构组合两类设计模式,将空间探测机器人移动机构的创新设计归结为子构型获取和子构型组合,并对两类设计模式进行理论分析,建立计算模型。分析国内外经典空间探测机器人移动机构构型,设计两种轮系构型和两种悬架构型,通过构型提取和构型创新得到4种轮系构型、5种悬架构型和5种车体构型。以四轮、六轮和八轮空间探测机器人为研究对象,采用基于构型组合的设计方法,通过同构组合得到70种新型同构组合空间探测机器人移动机构,通过异构组合得到165种新型异构组合空间探测机器人移动机构。

太阳空间探测进展与展望

为了探索太阳空间探测活动的发展方向,在广泛调研太阳空间探测任务的基础上,综合考虑任务实施年代、轨道设计、探测要素、技术特点和成果影响力,选取了10个典型空间太阳探测器,对其科学目标、有效载荷、卫星平台特性和科学发现进行了分析,提炼总结了太阳空间探测的进展和发展趋势。总体而言,太阳探测器运行轨道逐步多样化,有效载荷探测要素更加丰富,探测精度、时空分辨率等显著提升,但仍存在大量问题待解决。在分析现阶段成果和待解决问题的基础上,提出了太阳空间探测的发展展望,指出了全方位、多要素探测是破解太阳物理和空间天气预报发展瓶颈的可行途径。

基于构型的轮式空间探测机器人创新设计与优化

针对方案性能评价与优化,提出了基于构型的创新设计方法,建立了轮式空间探测机器人的综合评价与优化模型。基于虚拟样机软件ADMAS12·0和控制仿真软件MATLAB6·5开发了轮式空间探测机器人移动性能综合评价与优化软件,从构型创新、构型组装、方案优化三个层次对轮式空间探测机器人机械系统和控制系统进行综合评价与优化,得到多种优化方案及其优化参数。以双曲柄滑块轮式机器人为研究对象,得到了相对较优的设计参数,从而验证了所提出方法的有效性。

空间探测相控阵雷达系统中的任务规划算法

针对空间探测相控阵雷达系统,提出了一种观测任务规划算法。首先,建立了观测任务模型和观测任务资源占用模型;其次提出一种多任务并行截止期越早越优先(multi-task parallel earliest deadline first,MTPEDF)调度算法来解决观测任务规划,该算法综合考虑雷达的搜索任务与跟踪任务来进行系统资源的分配。对于跟踪任务,算法结合目标的过境时间以及当前系统的负载情况,以此来确定雷达对该目标的观测时间段;最后给出了算法的评估方法。利用在轨的2 886个空间目标进行仿真验证,仿真结果表明算法可以较好地利用系统时间资源,合理安排雷达观测任务。

空间探测烧蚀防热材料应用及趋势

综述了国内外空间探测器烧蚀防热材料的种类及其应用情况,美国主要包括高密度酚醛/玻璃钢、蜂窝增强烧蚀防热材料、PICA及PICA-X以及高密度碳酚醛材料等,国内则主要包括酚醛/尼龙、蜂窝增强烧蚀防热材料和NF材料,介绍了这些材料所应用的探测器、气动加热环境、防热材料性能和防热结构成型技术。总结了美国空间探测防热材料研制中出现的两次烧蚀异常及导致的探测器选材变化,可见防热材料与热环境耦合关系复杂。同时介绍了我国针对防热材料抵御异常损伤开展的部分工作。最后对空间探测防热材料的应用与发展做出了展望。

城市地下空间探测多参数并行高密度电法系统研制

在总结现有高密度电法仪器优缺点的基础上,结合城市地下空间探测的需求,研制了一种多参数并行高密度电法系统。该系统具有一次供电,多电极同时接收信号、多参数同时测量的特点,相对于传统高密度电法仪,有效提高了工作效率。通过场地试验表明该仪器性能达到预期效果。文章最后总结了仪器性能特点及对高密度电法仪器发展的建议。

空间探测烧蚀防热材料应用及发展

烧蚀防热材料因其高可靠性及宽适用性而被绝大多数空间探测器所采用。不同的空间探测目标、探测器进入/再入弹道、探测器外形和防热结构质量限制等因素使得烧蚀防热材料种类繁多,但轻量高效是其发展的重要特征;除此以外,可靠性也至关重要,在不同的热环境下,不同材料会表现出不同的烧蚀行为和特征,使得烧蚀防热材料成为空间探测活动成败的关键。本文综述了国内外探测器烧蚀防热材料的种类及应用情况,美国主要包括高密度酚醛/玻璃钢、蜂窝增强型防热材料、树脂浸渍型防热材料以及碳酚醛材料等,国内主要包括酚醛/尼龙、蜂窝增强型防热材料和NF材料,介绍了这些材料所应用的探测器、气动加热环境、防热材料性能和防热结构成型技术,总结了美国空间探测防热材料研制中出现的两次烧蚀异常及导致的探测器选材变化,可见防热材料与热环境耦合关系复杂。国内外针对防热材料抵御异常损伤开展了部分工作。已有试验结果表明,蜂窝增强型防热材料具有一定的优势。最后对空间探测防热材料的应用与发展进行了展望。

空间探测小型质谱仪关键技术研究

小型质谱仪的理论和应用研究对于空间探测具有非常重要的意义,针对商用质谱仪存在的缺点,采用静电双平方离子势阱和离子聚焦技术设计了空间有机分子小型质谱探测器。探测器由质谱传感器、分压控制电路及微电流检测放大电路构成。圆柱形传感器腔体内置多个不同电位的环形电极,在腔体轴向上形成双平方离子势阱,离子在势阱中可形成稳定振荡,振动频率与离子质量成一定的反比关系。通过测量法拉第杯产生的电信号,经FFT提取振动频率,从而探测有机分子质量。在理论上,其主要技术指标为：质量扫描范围m/z1~2 000,分辨率〉400,灵敏度〉100cps/ppb,总质量〈4.5kg,功耗〈5 W,码速率〉1.5kbps。初步调试结果验证了该技术具有一定的可行性,后期可通过对离子源及其与质谱传感器配合的研究来完成整机的具体性能指标测试。

液体镜头技术应用于空间探测的初步探讨

文章介绍了一种方兴未艾的镜头技术——液体镜头技术,分析了几种典型液体镜头的工作原理和控制方法,并初步探讨了其在空间探测领域应用的可能性。

空间探测自组装群体模块化机器人

针对地外星球表面地形多变,探测机器人处于复杂的非结构化环境中,提出了一种结合自重构和群体机器人特点的自组装群体模块化机器人(Sambot)。每一个模块都能自主移动,同时通过对接机构可与多个其他模块连接在一起,形成具有更强运动能力的集合体机器人。介绍了Sambot的总体设计(包括机械结构和控制系统),分析了Sambot通过组装构建的典型构型——线性构型和多足构型,展示了机器人的仿真试验和硬件试验。Sambot机器人平台综合了多种类型机器人的优点,增强了在空间探测过程中的适应性。

论彗星空间探测的科学目标

彗星的空间探测是当代前沿课题.本文首先概述彗星的主要研究结果.彗星的本体是不大的‘脏雪球’彗核;随着接近太阳,其表面冰升华并带出尘埃而形成彗发,发生复杂的物理-化学过程;太阳辐射压和太阳风推斥彗发的尘埃和离子而形成彗尾;彗星尘散失在轨道附近而成为流星群.虽然地面观测到彗发和彗尾的丰富资料,但对彗核却了解甚少,需要发射飞船进行空间探测;接着,从探测彗核的真实性质、采集彗星样品分析成分、探索彗星活动和机制、彗星的有机物与生命起源、彗星-地球关系、太阳系起源和演化线索几方面阐述彗星的空间探测的科学意义;然后,综述彗星空间探测的一些计划进展情况,总结彗星空间探测的重要成果;最后,讨论未来的彗星空间探测的科学目标,包括高轨卫星采集彗星尘、搜寻近地小彗星、搜寻未知彗星、发射更优秀飞船探测不同彗星.

基于非精确计算的空间探测相控阵雷达任务规划算法

针对空间探测相控阵雷达系统，提出了一种新的基于非精确计算模型的观测任务规划算法。首先，建立了目标观测的实时任务模型，并分析了观测任务所占用传感器的资源；其次，基于非精确计算模型，提出一种多任务并行的实时容错调度算法来解决观测任务规划问题，该算法综合考虑相控阵雷达的搜索任务与跟踪任务，来进行系统资源的分配。对于跟踪任务，算法结合目标的过境时间以及当前系统的负载情况，以此来确定雷达对该目标的观测时间段；最后给出了算法的评估方法。利用2886个低轨空间目标进行仿真验证，结果表明，基于非精确计算模型的任务规划算法，可显著提高系统调度成功率以及时间资源利用率．比传统方法更稳健。

中国空间探测的回顾与展望——造福全人类面向未来的中国空间探测

人类进入太空是20世纪伟大的科技成就之一。第一颗人造地球卫星发射至今已有50年,在这期间人类以地球探测为主,包括载人航天和深空探测在内的空间探测活动从未停止过。文章回顾了中国和国际航天50年空间探测的历史,总结了取得的进展和成果,分析了空间探测当前的发展趋势及我国业界当前的任务与存在的问题,提出了相应的建议和对未来中国空间探测的设想。

关于空间探测器定位在太阳系中特殊点上的有关问题

WSO/UV(世界空间紫外天文台)以及监测太阳活动的特殊探测器(Solar Sentinel)都需要在日-地(月)系的平动点附近运行,且相对日-地(月)系要求其几何位置几乎保持不变,因此有必要阐明平动点的动力学特征及其附近的运动状况。基于这一点,对限制性三体模型下,日-地(月)系中平动点附近扰动运动的稳定性作了详尽的分析,尤其讨论了共线平动点具有不稳定动力学特征时,如何使WSO/UV这类空间探测器保持在其附近的情况;同时阐明了轨道保持不变的条件和相应的轨控措施。

空间探测中动态运动对双向时间交换测距的影响

为了提高动态运动条件下双向时间交换测距(TWSTT)的精度,满足航天器间高精度自主测量的需要,在传统相对静止模式的基础上,分析了空间探测中目标间动态运动对双向时间交换测距的影响,针对两种典型的运动场景,分析了相对运动影响测距的机理,推导了动态运动条件下的距离解算公式。分析和仿真结果表明:相比传统静止模式,动态条件下的距离解算增加了目标间的相对速度、运动方向及相对距离等影响因素,如果在距离解算时忽略了上述因素,则将引入相应的测距误差,而且相对运动速度越大、相对距离越远,引入的测距误差越大。