一种火星多任务探测器系统概念设计

随着在轨组装技术的发展,大型空间系统设计及其空间应用逐渐受到关注。大型模块化火星探测器可以同时执行多种探测任务,实现对火星的综合勘察。首先调研分析了国外关于火星轨道空间环境的相关探测任务,对探测器载荷、轨道策略进行了分析。其次,针对前期模块化深空探测器研究基础,重点分析了火星探测的多项任务规划,提出了一种火星多任务探测器系统的任务序列设想,包括表面遥感、环境详查、表面详查以及数据中继等。然后,通过对火星多任务探测器系统的功能分析与定义,给出了探测器系统的初步概念设计,包括母体飞行器、中继星、多类型探测器、轨道转移飞行器等。最后,按照地火转移、火星捕获、轨道转移以及探测器任务轨道部署等开展了初步策略分析,为多任务探测器系统的各模块探测与轨道转移等提出了轨道方案。关于火星多任务探测实施、探测器系统功能定义以及系统轨道策略分析等,有望为我国后续深空探测任务规划以及新型深空探测器论证提供参考。

含引力辅助的小推力多任务探测轨道设计

针对深空探测时间长、成本高的特点,文中以多任务深空探测为背景,建立了包含多模型、多约束、多变量、多阶段的探测轨道设计模型。通过融合推力工作模式、分段设计目标函数等策略,克服了模型的内点约束限制,降低了优化模型的复杂度。为了提高优化速度、提升优化精度,结合梯度搜索和粒子群算法的特点,研究提出了一种梯度混合粒子群(GHPSO)算法。将该算法应用到多任务星探测轨道设计模型上,得到了发动机的工作时序,并横向对比了该文算法与传统粒子群算法(PSO)和遗传算法(GA)的优化性能。仿真结果表明,文中提出的算法搜索速度快,第1设计阶段GHPSO相对GA提高61.96%,相对PSO提高47.85%,第2设计阶段GHPSO相对GA提高61.87%,相对PSO提高43.66%;精度最高,第1设计阶段GHPSO相对GA平均精度提高了2.86%,最高精度提高了1.24%,相对PSO平均精度提高了4.19%,最高精度提高了3.97%,第2设计阶段GHPSO相对GA平均精度提高了3.33%,最高精度提高了1.63%,相对PSO平均精度提高了4.72%,最高精度提高了3.02%,适用于轨道优化设计类的非线性、多约束全局优化问题。

深空探测器多智能体强化学习自主任务规划

针对深空探测器执行附着任务时各子系统协同规划自主性、快速性和自适应性的要求,提出一种基于近端策略优化方法的多智能体强化学习协同规划,将单智能体近端策略优化算法与多智能体混合式协作机制相融合,设计了一种多智能体自主任务规划模型,并引入噪声正则化优势值解决多智能体集中训练中协同策略过拟合的问题。仿真结果表明,多智能体强化学习自主任务规划方法能根据实时环境变化,对智能自主优化小天体附着任务的协作策略适时调整,与改进前的算法相比提高了任务规划成功率和规划解的质量,缩短了任务规划的时间。

电推进用于深空探测任务的工程经验总结与展望

深空探测任务是航天发展的前沿领域,其显著提高的速度增量需求使得电推进成为航天器主推进的重要选项。本文从深空探测任务、任务配套电推进、质量比特性、功率比特性、推进效能、自主运行等方面,对已经工程实施的9次深空探测任务进行了应用电推进的经验总结;从速度增量需求、主要工程约束、更高性能和自主运行能力等方面,对未来深空探测任务发展应用电推进的需求进行了展望。

ESA木星冰卫星探测器(JUICE)探测任务工程问题浅析

ESA主导的木星冰卫星探测器于2023年4月14日成功发射。该探测器旨在研究木星及其卫星的复杂空间环境,并对木卫二、木卫三与木卫四3颗冰卫星进行遥感与原位测量,以期探索巨行星的演变过程及发现适合生物生存的环境与生命可能的痕迹。通过介绍木星冰卫星探测器任务目标及实施背景,概述其方案中构型布局、轨道设计、能源选择、科学载荷配置等总体设计相关工程技术特点,并对冰卫星探测雷达天线在轨展开过程中的故障与处理方式进行了分析,针对未来中国深空探测任务中的飞行器总体设计提出若干思考与建议。

小行星探测历史及启示

自1989年美国Galileo探测器在探测木星的途中顺访了小行星951 Gaspra和243 Ida起,小行星探测已经逐渐成为各主要航天国家深空探测的重点目标之一.过去30年,小行星探测任务从飞掠探测到专访探测再到采样返回,探测类型愈加丰富,并逐步从单纯的科学探测发展到小行星防御与资源利用.中国预计在2025年发射天问二号,同时计划开展首次小行星防御任务.在此背景之下,本文详细分析了迄今为止小行星探测任务的历程、科学目标、科学载荷配置以及主要研究成果,并重点研究了日本Hayabusa和Hayabusa 2任务及美国OSIRISREx任务的样品储存管理、分配经验和返回样品实验室初步分析流程,以期对中国未来小行星探测任务的设计和实施提供参考.设计低成本、多频次采样返回任务;统筹任务规划,注重加强任务之间的配合;加强科学团队建设是更好地规划中国未来小行星探测任务的要点.

载人月球探测混合云架构体系仿真系统研究

针对载人月球探测工程任务需求,设计了一种基于混合云架构的体系仿真系统,实现了辅助设计、方案验证和协助任务等功能应用。分别从任务设计和应用模式角度分析了体系仿真系统功能需求;根据需求给出体系仿真系统总体架构,采用仿真平台和仿真支持库统筹建设的方式,完成了系统开发与集成;提出了针对体系仿真系统建设涉及的体系建模、任务规划、推演展示、效能评估和系统联动与扩展关键技术实现方案;应用该系统实现了对典型载人月面活动场景的仿真,得到了关键参数模拟推演结果,验证了体系仿真系统各项功能有效性和正确性;最后给出了思考和展望。该体系仿真系统可支撑未来载人月球探测相关任务开展发展论证和综合评估验证,能够为同类系统开发提供方案参考。

美国首次“商业月球有效载荷服务”任务失败分析

本文对美国航天机器人技术公司研制的“游隼”月球着陆器在执行首次商业月球有效载荷服务任务时的失败事件进行了详细分析。由于推进系统故障导致推进剂严重泄漏,“游隼”无法完成预定的月球着陆任务。尽管任务未能成功,但部分科学仪器在飞行过程中成功收集了数据,商业航天也正在成为推进月球探测的重要力量。鉴于深空探测任务的高风险性,在追求短周期和低成本的同时,必须坚持高可靠性要求,确保实施完整的试验流程和飞行试验,以提高任务成功率。

多任务小行星探测太阳能电推进轨道设计

近几年，世界各航天大国陆续实施了小行星探测计划。近地小行星也是我国下一步深空探测的重要目标。以此为背景，研究了多任务近地小行星探测的电推进轨道设计问题。首先基于双脉冲假设搜索节省能量的发射窗口。根据脉冲搜索结果设计电推进方式的小推力转移轨道，将中途多任务探测作为内点约束整体优化轨道，并考虑了太阳能电池阵功率对发动机推力工况的约束。在小推力燃料最优控制问题的间接法求解过程中，使用了平滑技术和开关函数检测等方法以克服间接法的缺陷，能够快速、高效地得到优化设计结果。最后给出了设计算例。

躯体形式障碍患者注意偏倚的情绪图片点探测任务研究

目的探讨躯体形式障碍患者对情绪图片信息的认知偏倚。方法用SAS和SDS评定30例躯体形式障碍患者(试验组)及30例健康志愿者(对照组)焦虑、抑郁的严重程度,并行情绪图片刺激的点探测任务检测。结果两组在SAS、SDS分值比较上差异均有显著性(P<0.01)。重复测量方差分析表明,平均反应时的组间水平主效应显著(F=8.749,P=0.006);探测点与情绪图片位置的一致性主效应显著(F=16.896,P=0.000)。试验组对负性情绪图片的不同探测位置上的反应时差异有显著性(P=0.001),对负性情绪图片刺激的注意偏向分高于正性,组间、组内差异均有显著性(F=19.876、16.829,P=0.000、0.000)。结论躯体形式障碍患者的负性情绪较为明显,其所患疾病影响了个体对情绪信息的注意,对负性情绪图片刺激存在注意偏倚。

电动帆航天器谷神星探测任务轨迹优化

针对电动帆航天器谷神星探测任务轨迹优化问题,提出一种基于高斯伪谱法和遗传算法的混合优化算法。为了验证所提出的混合优化算法有效性,并考察任务起始时间和电动帆特征加速度对探测任务的影响,进行了一定数量的数值仿真。仿真结果表明:电动帆航天器自地球至谷神星的飞行时间随着起始时间的变化呈周期性波动,波动周期基本与地球和谷神星的会合周期一致;电动帆航天器的特征加速度越小,完成过渡所需要的飞行时间越长,且一个具有中等特征加速度的电动帆航天器便能在可接受的时间内完成自地球至谷神星的过渡;所提出的混合优化算法是有效的,能够在无任何初值猜测的情况下完成电动帆航天器飞行轨迹的优化。

躯体形式障碍患者点探测任务下的事件相关电位

目的躯体形式障碍患者点探测任务下的事件相关电位特点及临床应用价值。方法用焦虑自评量表(SAS)和抑郁自评量表(SDS)评定30例躯体形式障碍患者(试验组)及30例健康志愿者(对照组)焦虑、抑郁的严重程度,并行事件相关电位检测。结果两组在SAS、SDS分值比较上差异均有统计学意义(P<0.01);重复测量方差分析表明,平均反应时的组间水平主效应显著(F=8.749,P=0.006);探测点与情绪图片位置的一致性主效应显著(F=16.896,P=0.000);试验组N2、P3波潜伏期延长、P3波幅降低,较对照组差异均有统计学意义(P<0.01),SAS、SDS分值与N2、P3波潜伏期显著正相关,与波幅显著负相关(P<0.01)。结论试验组焦虑、抑郁的负性情绪较对照组严重,其点探测任务下的事件相关电位有波潜伏期、波幅方面的变异特点。

火星探测任务着陆区选址和地质分析

以火星地形、影像数据和火星地质单元图为基础,综合工程条件约束和科学意义,选择我国火星探测任务的优先着陆区并进行地质背景研究。基于火星表面地形数据提取预选着陆区的地形因子(包括坡度和粗糙度),并结合着陆区的地面承重能力和高程纬度条件选出符合工程约束条件的区域;基于生命和地质两个研究重点,选取具有相应科学意义的地区作为优先着陆区,共选出了8个优先着陆区,其中a、b优先着陆区位于克里斯平原,c^g优先着陆区位于伊希地平原,h优先着陆区位于尼本席斯平原;对选出的区域进行地质背景研究,评定各个区域作为最终着陆区的优先程度,其中e^g 3个着陆区地形平坦、位于地质单元交界处且探测到含水矿物分布,因此被作为优先度最高的火星预选着陆区。

月球背面探测任务多目标协同控制模式设计

月球背面探测需要中继卫星提供中继通信支持,实现地面测控网对月面探测器的控制。为解决月球背面探测任务过程中和环月探测卫星等多个航天器目标的相互控制及其与地面测控网之间的复杂协同控制问题,提出了协同控制关联目标描述方法,明确了控制目标和上行路由的概念和确定原则、上行路由测控网资源分配原则,设计了基于时间窗口的中继测控资源分配方法、多目标协同控制的标称计划模式、遥操作规划模式和上行控制模式。经过"嫦娥4号"天地大回路无线联试和"鹊桥"中继卫星在轨飞行证明,设计是合理可行的。

印度“曼加里安”火星探测任务背后的影响因素分析

2014年9月24日,印度空间研究组织(ISRO)正式对外宣布,印度首个火星探测器"曼加里安"(Mangalyaan)历经10个月、跋涉6.66×108km后在当地时间07:47成功进入火星轨道,在离火星表面大约500km,距离地球约2.15×108km处正常运行,开始执行为期6个月的探测任务。

河南航遥中心地下管线探测任务有望突破1万公里

近日，河南省航空物探遥感中心又成功中标了兰州、义乌等城市地下管线探测项目，预计工作量5200公里。目前，该中心正在实施的城市地下管线探测项目10余个，已累计完成工作量7000余公里，今年有望突破1万公里的地下管线探测任务。

阿联酋公布首次火星探测任务方案

2015年5月6日，阿拉伯联合酋长国（UAE）公布了阿拉伯世界的首个深空探测任务方案——阿联酋火星任务方案，这是继2014年7月16日阿联酋宣布启动火星探测计划之后的又一重要进展。该方案介绍了阿联酋火星任务的科学目标、探测器构型、任务飞行轨迹和任务团队等内容。

NASA选定两项探索太阳系起源的小型深空探测任务

2017年1月4日,美国国家航空航天局(NASA)在"发现"(Discovery)项目最后一轮的5项候选任务中,选定西南研究所提出的"露西"(Lucy)和亚利桑那州立大学提出的"灵神星"(Psyche)两项小行星探测任务,金星大气成分测量、金星全球成像和近地小行星成像任务落选。这两项任务按计划2021年后陆续实施,将极大拓展人类对太阳系形成与演变的认识。

美国发射首颗火星土壤内部探测器及对我国开展火星探测任务的启示及建议

美国东部时间2018年5月5日7时05分，在美国西海岸的范登堡空军基地，“宇宙神”5运载火箭将“洞察”火星着陆器发射升空。“洞察”火星着陆器全称为“采用地震研究、测地学和传热学的火星内部探测器”（InSight），隶属于“发现计划”的第12次任务。

首次火星探测任务的科技与管理创新

我国首次火星探测任务,是迄今为止我国在深空探测领域技术跨度最大、创新性最强的一项航天系统工程。本文概要介绍了该任务工程目标和飞行过程,凝练了工程的特点、难点以及取得的创新成就,总结了工程组织实施和项目管理的一些创新做法和经验,对工程实施整体情况进行全景式描述。