Retrospect to Human Deep Space Exploration History and Its Prospect in China

The definition, goal and impacts of deep space exploration are summarized. After a retrospect to past deep exploration activities of human being to date, both recent deep space missions and future missions in 5 years are also listed. There are also brief introductions about the future strategic plans of NASA, ESA, RAKA, JAXA and ISRO. Then authors analyze some important features of global deep space exploration scheme. Key technologies of deep space exploration are also determined. The status of China deep exploration plan is introduced including CE-1 lunar orbiter, the subsequent China Lunar Exploration Program, especially proposal for the second stage of China Lunar Exploration Program, Mars exploration program of China with Russia Kuafu mission, Hard X-Ray Modulated Telescope, Space Solar Telescope. At the end, some suggestions for China future deep space exploration are made.

深空探测任务进展与展望

本文全面综述了国际深空探测任务设计的最新进展,涵盖月球探测、大行星探测及小天体探测领域。月球探测方面,介绍了美国Artemis计划、中国探月工程等地月空间战略布局;大行星探测方面,回顾了水星、金星、火星及木星、土星等外行星的探测历史与现状;小天体探测方面,探讨了其技术难点及科学意义,详述了小行星飞越、环绕、采样和撞击等任务。在此基础上,总结了深空探测任务的启示与发展趋势;结合我国深空探测能力与国际行星科学发展,提出相关任务建议与设想,为我国未来深空探测任务设计提供参考。

行星保护标准体系研究

我国行星探测工程火星取样返回任务属于国际行星保护政策中的V类限制性返回任务。需开展严格的行星保护工作,避免地球和火星之间出现交叉生物污染,并进而推动取得重大科学发现。依据天问三号任务行星保护设计规范,结合工程任务特点,利用系统工程方法论,进行行星保护工作标准化研究和需求分析,开展行星保护标准体系顶层设计,从纵向和横向两个维度构建了天问三号任务行星保护标准体系框架,制定了天问三号任务行星保护标准规范明细表,支撑了天问三号任务行星保护标准规范体系化建设。该研究成果和经验对提升我国深空探测行星保护工作的标准化水平具有重要借鉴和实践意义。

深空探测微小卫星技术

随着深空探测任务需求的日趋复杂和微小卫星技术的发展成熟,微小卫星逐渐成为深空探测的重要手段.首先总结和梳理了世界主要航天大国开展深空探测微小卫星任务的现状.然后从任务设计角度出发,分析了微小卫星开展深空探测的3种方式,并介绍了对应的典型任务.在此基础上,归纳了主要前沿技术特征.最后给出了对中国未来微小卫星深空探测发展的建议和展望,以期对相关技术发展有所借鉴和推动.

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。

深空探测全域轨迹优化设计平台研究与实现

提出了基于任务定义的深空探测全域轨迹优化设计概念与实现方法。首先,对复杂任务定义、自适应模型库与多环节迭代优化等关键技术进行了详细的阐述。然后,重点讨论了深空探测全域轨迹优化设计软件平台的设计技术与系统实现。最后,基于该平台丰富的模型库,对嫦娥五号等深空探测任务的全过程飞行轨迹进行了优化设计与对比。研究结果表明,开发的深空探测全域轨迹优化设计软件平台具有复杂任务适应能力强、可拓展性好的特点,可为类似软件系统的研发提供借鉴。

深空探测器任务规划认知图谱及多属性约束冲突检测

针对深空探测器任务规划中多子系统协同机制中的多约束问题,提出一种深空探测任务规划认知图谱构架及多属性约束冲突检测方法。采用图表示方法实现任务规划的知识建模,将状态转移图解构为三元组实现任务规划过程中的规则匹配,并基于图模型推理方法提出多属性约束冲突检测算法,从而实现多子系统任务规划的认知推理和约束冲突检验。使用不同规模的深空探测任务规划算例对本文方法进行了仿真实验,实验结果显示与遗传算法、传统启发式算法、带约束的启发式算法及进化神经网络算法相比,本文方法可有效缩短规划的求解时间,缩小解空间并且降低内存消耗,有效提升了深空探测任务规划的成功率和可行性。

美国火星漫游车电子元器件选用和质量保证情况研究

火星漫游车要成功完成火星科考任务,必须经受低温、辐射、沙尘暴等一系列恶劣环境的考验,以及具备长寿命和强大的计算能力,这些都对元器件的选用提出巨大挑战。因此,系统研究美国火星漫游车用电子元器件的使用环境、选用原则、测试流程等内容,并梳理出美国现已发射的5辆火星车所用的主要类别电子元器件,以期对我国深空探测任务电子元器件的选用提供参考和借鉴。

小型激光天文动力学空间计划概念

小型激光天文动力学空间计划是 :使用在太阳轨道上无拖曳航天器和地面站以激光干涉和脉冲测距的方法 ,精确地探讨天文动力学 ,检测相对论与时空基本定律 ,改进探测引力波的灵敏度以及更准确地测定太阳、行星和小行星的参数。 1 969年开始的月球激光 (反射 )测距 ,对地球物理、参考坐标的选定、相对论的检验均有重要的贡献。 3 0年来 ,激光技术的长足进步 ,使现在正是适合于开始进行研究空间有源 (主动 )测距和光波空间通讯的时候。激光天文动力学的兴起是必然的趋势 ,其精确度将比现在提高 3到 6个数量级 ,将是天文动力学革命性的发展。小型激光天文动力学空间计划可以起到带头作用。它的关键技术有三 ,即 :弱光锁相、极精确无拖曳航天和高衰减日冕仪。弱光锁相已有长足的进步。对高衰减日冕仪的研究 ,也有了初步的方案。LISA空间计划将于 2 0 0 6年 8月发射SMART -2 ,研究测试极精确无拖曳航天。小型激光天文动力学空间计划的关键技术已日趋成熟。在第一届国际激光天文动力学研讨会 ( 2 0 0 1 ,9.1 3 -2 3 )中介绍了各相关学科背景及前沿研究 ,讨论了激光天文动力学空间计划科学目标及相关技术 ,并召开了两次小型激光天文动力学空间计划预研究筹备会 ,建立了和欧洲的合作关系。会后着手进行此项对基础?

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。

考虑动态不确定因素的深空探测器任务规划

针对现有的任务规划方法在响应深空动态不确定因素的扰动情况时存在的不确定因素识别度低、响应策略单一等问题,文章提出了一种考虑动态不确定因素的深空探测器任务规划算法。首先,对不确定扰动按从轻到重四个等级进行划分,并采用模糊神经网络评估不确定扰动属于哪种扰动级别,根据评估结果选择对应的扰动响应策略;然后,采用基于分层任务网络规划(Hierarchical Task Network,HTN)的局部任务修复方法,对受到扰动的子系统对应的复合任务重新进行任务分解,完成对初始规划方案的调整修复。仿真结果表明所提出的算法可以有效地对深空动态不确定因素进行评估和响应,从而提高了任务规划的可靠性和灵活性。

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。

深空探测行星表面原地K-Ar定年:技术与方法

本文基于国际深空探测任务的经验教训,结合我们近期的研究成果,提出了适用于深空探测行星表面原地定年的新方法——激光无稀释剂K-Ar反等时线法,以及实现该方法的LIBS-QMS技术方案。该方案充分发挥了K-Ar法在深空探测特殊条件下的优势,有望成为深空探测、行星演化研究的关键方法,为太阳系演化研究提供关键时间信息。同时,该研究为我国即将展开的月球、火星、水星及小行星落地探测研究等深空探测科学任务提供了可行、可靠的相关载荷技术方案,并为我国月球科学基地提供在站科研仪器。

深空探测器自主规划技术研究进展

在深空探测过程中,探测器飞行距离远、所处环境动态多变,传统地面站遥测遥控方式很难满足探测器控制的实时性、鲁棒性和安全性等要求,迫切需要探测器具有自主性,而自主规划技术是实现探测器自主运行的核心技术之一。介绍了自主规划技术发展历程,给出了深空探测器自主规划内涵,分别从自主规划和执行框架、任务规划知识模型、任务规划和重规划、运动规划以及科学观测任务规划六方面进行总结和分析关键技术,并根据技术发展和任务需求,提出了深空探测器自主规划技术发展趋势和重点研究方向。

在嫦娥一号探月工程中求定月球重力场

月球重力场制约着近月外空间物体的运动,同时环月飞行器的运动也反映了月球重力场的作用.本文结合我国嫦娥一号探月工程,探讨了利用月球卫星的地面跟踪资料,求定月球重力场的基本理论和方法,分析了环月卫星的轨道高度、地面跟踪采样时间间隔和跟踪精度等对求定月球重力场的影响.若单独利用我国嫦娥一号探月工程的地面跟踪数据,恢复30阶次左右的月球重力场模型是一个比较实际的目标.地面跟踪最好能以75s的时间间隔进行采样,数据连续提供时间应不少于30个昼夜,月球卫星星下点的月面轨迹间距不大于110km .

国际金星探测计划进展和我国金星重力梯度计划的实施

介绍国际金星探测计划及利用国际金星探测器跟踪数据建立的金星重力场模型，并建议我国将来金星重力梯度计划应采用SST—HL／SGG—Doppler—VLBI观测模式，卫星轨道高度最好为50～100km。

深空探测器约束简化与任务规划方法研究

针对深空探测器现有的任务规划方法在处理系统间复杂约束时存在的约束复杂度高、实时响应能力差、计算效率低等问题,提出一种新的约束简化方法和启发式连续任务规划方法。首先,在时间线规划模型中根据两两子系统间的实时状态关系定义启发式因子,并利用该因子在规划周期内的取值建立子系统间时间线临时从属关系,从而合理地降低规划过程中的约束复杂程度;然后,在规划算法中采用时间线状态扩展策略,根据时间线临时从属关系对各子系统间的状态进行横向和纵向扩展,从而实现对目标任务规划进行快速排序。仿真结果表明由启发式因子建立的时间线临时从属关系有效简化了任务规划过程中的时间约束和资源约束、提高了任务规划的效率和灵活性。

深空卫星重力测量计划研究综述

地球卫星重力测量计划CHAMP(CHAllenging Minisatellite Payload)、GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)、GOCE(Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer)和月球卫星重力测量计划(Gravity Recovery and Interior Laboratory,GRAIL)的成功实施,以及下一代地球重力卫星(GRACE Follow-On)的即将发射昭示着我们将迎来一个前所未有的高精度和高空间分辨的深空卫星重力探测时代。围绕深空卫星重力测量的研究背景、必要性、可行性、卫星重力反演软件平台构建、轨道摄动和未来研究方向开展了研究论证。研究表明:深空卫星重力测量作为新世纪重力探测技术,在精化量体重力场、提高惯性导航精度、天体动力学、天体物理学和军事技术的研究,以及促进国民经济发展和提高社会效益等方面具有广泛的应用前景。

深空任务数据接收最佳帧同步仿真与结果分析

深空任务数据接收过程中,帧同步是实现各种信道编码性能的基础,寻求最佳帧同步是提高数据接收效率的关键环节。根据月球探测任务数据接收的帧同步策略,完成了帧同步建模与仿真软件编写,并进行了正确性验证。通过软件仿真来寻求在高误码率情况下帧同步策略的最佳参数设置方法。通过使用经过验证的软件仿真平台,探讨最佳帧同步参数设置的仿真方法。制定帧同步的性能衡量标准,并根据帧同步仿真结果评价不同参数设置下的帧同步性能。最后,总结出一套寻求最佳帧同步参数设置的方法,根据该方法得到了仿真测试数据,通过对仿真数据的分析,得到了最佳帧同步的组合参数报告。经过工程任务设备的正确性检验,最佳帧同步组合参数仿真报告可以作为深空任务数据接收中帧同步的参数设置提供参考。

飞行器近小行星轨道动力学的特点及研究意义

该文在介绍小行星及对其探测意义的基础上,以NEAR、Muses-C(Hayabusa)小行星探测器为例,重点分析了飞行器与小行星距离较近时(near asteroid)的动力学环境及其对环绕小行星飞行的飞行器设计的影响.并以旋转的二阶二次重力场和小行星Castalia为例,进一步阐述近小行星轨道动力学的一些特点和结论。此外,还给出了小行星探测的一些建议和设想.