基于进入圆球的火星大气密度与风速反演方法

针对现有火星大气密度和风速探测方法的不足,提出了一种基于进入圆球的火星大气密度和风速反演方法。圆球携带加速度计和陀螺仪测量大气阻力加速度和姿态。基于圆球阻力加速度方向实现风速与密度解耦,设计了风速独立求解算法和基于高精度风速反演结果的密度求解算法,并通过理论分析和数值仿真对反演算法的误差进行了分析计算。仿真结果表明该方法可有效反演得到高精度火星中低层大气密度和风速,在80 km以下,横向风速误差在8%以内,密度误差7%以内。

科学家建立火星大气模型 为采样返回任务提供科研支持

中国科学家研发了一种新的模拟火星大气环境的数值模型,为未来火星采样返回任务提供科研支持。这项研究于近日在中国《科学通报》杂志上发表。研究根据国务院新闻办公室发布的《2021中国的航天》白皮书表示,中国将完成火星采样返回的目标。为了提供航天器着陆的气象条件信息,中国科学院大气物理研究所的科学家们设计并构建了新一代火星大气模式(简称GoMars)。

火星大气模型参数对MSL气动特性的影响

火星大气与地球大气截然不同,飞行器在进入火星时气动特性不同于地球再入.大气模型的差异主要表现为气体组份、密度和温度等物理参数.针对火星进入器MSL在进入-下降-着陆过程中的高超声速进入段,利用三维并行程序求解耦合真实气体模型的流体动力学Navier-Stokes方程,分析MSl进入火星大气时大气模型参数对进入器气动特性的影响.结果表明,通过与海盗号飞行数据的对比,验证了所采用的火星气体模型和计算方法,且其与NASA的LAURA代码气动特性计算结果也较为一致;大气模型气体性质,即C0_2环境对进入器阻力系数和俯仰力矩系数影响较大,利用空气得到的计算和实验数据必须考虑C0_2效应;密度增大促进了化学非平衡效应,但对进入器气动特性基本没有影响;温度升高大大增强了化学非平衡效应,而对进入器气动特性影响较小.

飞行器进入火星大气的流场预测

针对火星着陆探测器进入-下降-着陆过程的高超声速进入阶段,利用三维并行程序求解流体动力学NavierStokes方程与化学反应动力学模型,分析火星科学实验室进入火星大气时探测器周围的流场结构、化学非平衡效应影响和气动特性变化规律.结果表明,对于完全气体模型,来流的热力学性质参数选取影响激波位置和强度.在化学非平衡效应影响下,探测器头部激波脱体距离大幅减小,驻点压力变化不大,波后温度显著降低.CO_2在激波后大量分解,消耗相当能量.流线结构显示,探测器尾迹流动中存在复杂的旋涡运动等流动分离现象.

火星大气环境模拟装置设计及仿真分析研究

对火星表面大气环境特性进行了研究,通过选取合适的计算方法并结合FLUENT流体有限元计算软件对火星表面稀薄气体内部环流进行了模拟仿真分析,提出了以动量源模拟风扇段内流的仿真方法,并进行了可行性讨论。进一步实现了针对圆柱形模拟装置多工况下的内部气体流场稳态和非稳态计算仿真,并对计算结果进行了分析讨论,为火星大气环境模拟装置的设计提供了技术支持和参考。

火星大气对降落伞充气性能影响的初步探讨

探测火星一直是人类深空探测的热点之一,火星上因存在大气层。降落伞一直是确保火星探测器安全着陆于火星表面的一种重要的气动减速装置。然而,由于火星上大气密度非常稀薄,因此掌握降落伞在火星大气环境下的充气性能是火星探测器着陆系统工程设计中的关键,同时也是火星探测器减速着陆系统工作性能评定的理论分析模型或数值仿真系统中必须要解决的一个问题。文章通过降落伞轴向-径向动量守恒充气模型,研究了大气密度对降落伞充气性能的影响,得到了大气密度对降落伞充气时间、充气距离、充气过程中伞衣面积变化的影响规律。研究结果表明,目前有关降落伞充气性能的一些经验关系式对于火星这种稀薄大气环境已不再适用;在火星稀薄的大气环境下,降落伞的充气时间、充气距离随大气密度的减小将急剧增大;伞衣阻力面积为充气过程中时间的4次多项式关系。该成果对于火星探测器减速着陆系统的工程设计、试验及性能评估等均具有较好的参考价值。

火星大气的温度、压力、风向和风速

火星大气的温度、压力、风向和风速①薛重生傅小林王京名（中国地质大学地球科学学院，武汉，４３００７４）火星“探路者”（Ｍａｒｓ“Ｐａｔｈｆｉｎｄｅｒ”）在火星地表着陆后，就开始对火星表层大气层的温度、压力、风向和风速进行了连续测量，并通过地面控制中心将...

火星大气实时仿真技术研究

基于Nishita经典的大气模型和最新的T．Schafhitzel的3D纹理技术，考虑了火星大气的实际参数，包括火星大气密度、大气折射系数及改变入射光方向等，得到了适合模拟火星大气散射效果的方法。实验结果表明，该方法切实可行，取得了实时、逼真的火星大气散射效果。

模拟火星大气环境对典型柔性结构热防护特性的影响

随着深空探测任务的逐步开展,火星被视为最重要的载人探测目的地之一,而火星大气环境给柔性结构的热防护带来挑战。文章以舱外航天服手套为柔性热防护结构的研究对象,通过建模实现了舱外手套在火星大气环境冷工况下漏热功率的分析,并开展了模拟火星大气环境下舱外手套的热防护试验研究。结果表明:相比于近地轨道应用,现有舱外手套的热防护能力在火星大气环境中将显著降低,在冷工况下手套的漏热功率超过10 W,且局部热防护不足。在此研究基础上,文章对分析模型的完善、试验方法的拓展以及柔性热防护结构的改进等进行了展望。

火星大气O_3光谱探测技术

O3是火星大气中最重要、最活跃的分子之一,它不仅能够控制到达火星地面的紫外光通量,而且能够追踪大气中水蒸气光化解产生的HOX基,同时也是建立火星大气光化学模型的基础。文章主要描述通过天基遥感和地基遥感两种方法探测得到火星大气O3含量,包括空间和时间的分布、垂直剖面及其变化;具体分析了两种方法的探测机理,详细描述了国际相应光谱仪的整机结构和探测的重要成果,为中国进行深空探测提供了参考。

一种火星大气密度三维解析模型

根据火星大气数据库,建立了以高度和经纬度为输入的火星三维解析大气密度模型;在竖直方向上,采用分层指数模型;在水平方向上,将指数模型中的参考密度和参考高度视为经纬度的多项式函数,并通过最小二乘曲面拟合得到了多项式系数。相比传统的指数模型,三维指数模型不仅反映了火星大气密度随高度的变化规律,而且能够体现出大气密度在水平方向上的变化。与大气数据库相比,三维密度模型具有解析形式,计算速度快,仿真过程中只需存储简单的多项式系数即可实现密度的实时计算和调用,适用于地面实时仿真。

火星大气条件下基态CO_(2)放电简化集合

近年来,人类对火星的探索活动不断掀起新的热潮.研究表明,火星尘暴内的强电场可能引发CO_(2)大气放电现象.对其中的放电机理进行分析不但有助于深化对火星地表演化的认识,也为基于放电等离子体技术实现火星原位制氧提供了可能.本文在深入分析火星CO_(2)放电过程的基础上,基于图论与粒子依赖性分析的方法,结合整体模型,提出了一种定量确定火星大气条件下CO_(2)放电简化集合的方法.首先从反应粒子构成的网络拓扑图及粒子间相互作用关系入手,筛除C_(2)O,C_(2)O_(2)^(+),O_(4)^(-)等低活跃粒子,得到CO,CO_(2)^(+),CO_(3)^(-)等主要粒子,实现对粒子种类的选取;随后基于反应速率分析,定量获得各反应对CO_(2)放电过程的贡献比重,最终确定包含16种粒子、67种反应的基态CO_(2)放电反应简化集合.数值模拟表明,使用简化集合与初始集合的计算结果一致,这也给出了火星大气条件下CO_(2)放电的关键过程.从方法学上来讲,本文的研究为进一步实现复杂化学等离子体体系中,反应粒子与反应种类的自动化、精确化与智能化选择提供依据,同时本文提供的方法能够定量分析反应粒子之间的相互关系,从而为精确研究火星CO_(2)放电中的各种产物,实现基于放电等离子体技术的火星原位制氧奠定理论基础.

火星大气进入段侧向预测校正制导律设计

火星大气进入段预测校正制导方法通常采用误差走廊来约束侧向运动,该方法只能满足侧向运动的末端约束,而无法实现对侧向运动过程约束的满足。将预测制导的方法引入侧向制导律设计中,该方法无需离线规划误差走廊,而是根据侧向运动中的相关约束,在线计算倾侧角反转时刻,从而同时满足侧向运动的末端约束与过程约束,并能够克服采用误差走廊可能导致的飞行器因频繁反转机动而使燃料过快消耗的问题。仿真结果表明:该侧向预测制导律不仅能满足开伞位置精度,同时也能实现对进入轨迹侧向运动的灵活规划。

火星大气进入段抗饱和固定时间阻力加速度跟踪制导律设计

研究了具有固定时间收敛特性的火星探测器大气进入段的标称轨迹跟踪制导问题。首先,针对横向运动,给出与速度成线性关系的航向误差漏斗走廊形式,完成了倾侧角的反号逻辑设计。与横程漏斗走廊反号逻辑相比,该逻辑计算量小,更适用于宇航计算机。与航向误差宽度走廊反号逻辑相比,该逻辑在高速状态下能够避免倾侧角的频繁切换,可提高任务成功的概率。其次,针对纵向运动,通过RBF神经网络补偿了倾侧角饱和问题,利用积分滑模设计了阻力加速度固定时间饱和跟踪制导律,其不仅可有效消除滑模控制的抖振问题,且将跟踪误差以两种不同形式引入制导律,能够加速收敛,能够保证跟踪误差在固定时间内快速收敛至0。最后,通过数值仿真验证了所设计的横向倾侧角切换逻辑和纵向制导律对标称轨迹的快速、精确跟踪能力。

火星大气

火星上非常寒冷,火星的表面温度在昼夜之间变化很大,白天的最高温度为20摄氏度,但全年的表面平均温度只有零下63摄氏度,表面最低温度竟然低至零下140摄氏度.

Mars Express长期火星大气研究取得新发现

ESA网站2021年7月23日报道,欧俄科学家利用火星快车(Mars Express)上搭载的火星大气光谱学表征研究(SPICAM)仪器在4个火星年(7.5个地球年)采集的观测数据,证实火星大气中臭氧和水蒸气呈负相关关系,研究结果有助于更好地了解地球大气化学过程。相关论文发表在Journal of Geophysical Research:Planets上。

ExoMars-2016发现水从火星大气中的流失速度被低估

塔斯社网站2020年1月10日报道,利用火星生命探测计划2016任务示踪气体轨道器上搭载的大气化学套件(ACS)两年的测量数据,精准获得了水从火星大气逸散的速度。结果表明,该过程比先前认为的要快得多。相关论文发表在Science上。火星表面曾存在大量水,虽然大部分水已经流失,但火星大气中仍存在少量水蒸气,在足够高度处,水蒸气会逸散到空间中。利用ACS测量数据,得到了火星大气中水的分布.并发现水含量随季节、沙尘暴和其他大气现象的影响而变化。

未来的火星飞机——美国新型火星大气层进入探测器概念研究

在美国航空航天局(NASA)先进概念研究机构(NIAC)的支持下,有关专家正开展一项新型火星大气层进入探测器的概念研究。这种探测器类似于飞机,被命名为"代达利翁"(Daedalon),以古希腊传统神化人物名字命名。它是一种可改变飞行翼的无人驾驶飞机,造价仅需2.24亿美元,可以满足2020-2040年发射窗口任务。这种无人飞机探测技术较之传统的着陆器和漫游车的现场勘查技术具有独特的优势。首先,探测范围得以扩大。漫游车可对行星有限的区域进行现场勘查,而这种有动力的飞行器可全星球飞行,进行高分辨率可见光、红外、热、磁和中子等测绘。其次,着陆更加安全。这种飞行器可以现场勘查后,选择最佳着陆区域着陆。此外,还可以对局部区域进行超高分辨率成像,并将数据传送给主着陆器。

太赫兹火星大气临边探测仿真研究

对火星大气进行连续高分辨率观测是研究火星大气物理和化学过程的重要手段.太赫兹临边探测技术通过测量火星大气中的风和光化学循环中的重要气体(CO,O_(3),H_(2)O,H_(2)O_(2)等)提高对火星的认知.针对火星大气遥感的探测需求,分析了300~1000GHz频段的频谱特征.针对探测卫星对于载荷质量、功耗等参数的要求,提出一个560GHz频段的火星大气太赫兹临边探测仪设计方案,并利用辐射传输模型ARTS中的行星工具箱进行仿真.仿真结果显示:火星大气温度的反演精度优于4K,其中45km高度以下优于2K;H_(2)O丰度的反演精度在90km以下优于50%,30km以下优于2%;H_(2)O_(2)的反演精度在40km以下优于50%;O_(3)的反演精度在50km以下优于60%;大气风速度的反演精度在65km以上优于5m·s^(-1),最高可以达到2m·s^(-1).研究结果表明,利用太赫兹波段的吸收谱线可以很好地探测火星大气中各成分的丰度、变化趋势以及中高层大气的风,可为后续火星表面及大气探测提供参考.