中国宇航学会深空探测技术专业委员会会刊

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星球车技术发展综述
贾阳, 孙泽洲, 郑旸, 李海飞, 陶灼, 张天翼, 田鹤
当前状态:  doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200031
摘要(175)
摘要:
在深空探测任务中,巡视探测是一种重要的探测形式。作为一种能够在固态星球表面移动,完成探测、采样、运载等任务的航天器,星球车具有扩大星球表面精细探测范围、克服着陆精度影响、降低航天员工作负荷等多种作用。对月球车、火星车等星球车的技术发展进行回顾,重点介绍了中国星球车移动技术、导航控制技术、自主与智能技术、热控制技术、地面试验验证技术、遥操作技术等发展的情况,并对星球车技术发展趋势进行了分析。
Seed and Vegetative Propagation of Plants in Microgravity
Elizabeth Kordyum, Olena Hedukha, Olga Artemeko, Galyna Ivanenko
当前状态:
摘要(12)
摘要:
A short review of the available data on plant development, seed-to-seed, and next generations, and formation of generative and vegetative organs in real and simulated microgravity is presented. It is emphasized the timeliness of the emergence of plant space reproductive biology and its importance for progress in space agriculture that is necessary for future human exploration of space.
深空探测生物再生生命保障系统研究进展和发展趋势
刘红, 姚智恺, 付玉明
当前状态:  doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20191021001
摘要(32)
摘要:
生物再生生命保障系统是月球基地、载人登陆火星和火星基地等长时间、远距离的载人航天活动的关键技术之一。梳理了生物再生生命保障系统的理论与技术体系,综述了自20世纪60年代至今,俄罗斯、美国、欧洲、日本、中国等国家与组织在该领域从生物单元到系统集成研究,再到有人密闭实验的研究进展,以及微型水生生物系统的空间实验的尝试。提出了生物再生生命保障系统的发展路径,指出小型陆生生态系统的空间实验是将该项技术真正应用于太空所需的关键环节,分析了该项技术未来发展趋势及其地面应用前景。
空间甚低频太阳射电Ⅲ型爆研究进展
谭宝林, 谭程明, 黄静, 陈林杰
当前状态:  doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20190227002
摘要(174)
摘要:
太阳耀斑和日冕物质抛射是太阳系所发生的最猛烈的爆发事件,能向行星际空间释放出三大类扰动源:强烈的电磁波辐射增强、抛出大量磁化等离子体云团、发射巨量的非热高能粒子流。它们在行星际空间产生剧烈扰动,传播到近地空间时,将触发一系列灾害性空间天气事件,严重干扰各种高技术系统的安全运行。其中,与太阳活动密切相关的非热高能粒子流是产生灾害性空间天气事件最主要的驱动源之一。太阳非热高能粒子流的主要观测特征便是具有快速频率漂移特征的射电Ⅲ型爆。但是,当它们传播到超过太阳表面以上5~10倍太阳半径的行星际空间以后,由于等离子体密度非常稀薄,辐射频率降低到大约30 MHz以下的空间甚低频波段(SVLF),这时地基望远镜已经无法给出有效探测和追踪。空间或月基甚低频太阳射电探测器可以对频率为0.1~80 MHz的射电辐射信号进行频谱观测,在该频段发现的射电Ⅲ型爆能有效探测和跟踪非热高能粒子流在广阔的行星际空间中的传播和演变特征,为灾害性空间天气事件预报提供直接依据。主要介绍了国际上在空间甚低频波段太阳射电Ⅲ型爆的观测和研究进展和存在的主要问题,并讨论了空间甚低频射电探测器的观测数据在太阳射电Ⅲ型爆研究方面的主要科学目标和前景。
Adaptive Control for Space Greenhouse Light Assembly
Yu. Berkovich, A. Buryak, O. Ochkov, O. Perevedentsev, S. Smolyanina
当前状态:  doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20191108001
摘要(13)
摘要:
To date, Light Emitting Diodes-based (LED) illuminators are widely used for plants lighting in greenhouses in addition to natural light, as well as in plant factories without natural light. Optimization of artificial lighting parameters, such as the daily light integral and the ratios of different spectral components, can significantly reduce the cost of crop production in light culture including Space Greenhouses (SG) in Biological Life Support Systems (BLSS). However, the optimization of LED lighting systems is so far limited by the lack of information about the physiological effects caused by narrow-band radiation, as well as the complexity of the mathematical description of plant crops reactions to the changes of LED lighting parameters. In conditions of artificial illumination, crop producers usually strive to establish an optimal light regime that is constant throughout the whole growing season. However, there is experimental data on changes in the requirements for the illumination regime of crops with increasing age of plants. A promising approach to improving the parameters of crops LED lighting is the adaptive method of search engine optimization using biological feedback. The Adaptive Lighting System (ALS) is described on the basis of illuminator with red and white LEDs built at the Institute for Biomedical Problems (Moscow, Russia) for Chinese cabbage cultivation. The adaptive control procedure implements a continuous automatic search for current lighting parameters that provide optimal plant growth characteristics in real time. ALS includes a closed growth chamber with Light Assembly (LA) based on red and white LEDs, equipped with a Gas CO2 Analyzer (GA). The Photosynthetic Photon Flux Density (PPFD) from each type of LEDs can be controlled independently from each other according to the program in the MicroProcessor (MP). Periodically, infrared GA measures the decrease in CO2 concentration inside the growth chamber caused by Visible Photosynthesis (VF) of the crop. MP receives a signal from the GA output and calculates the photosynthesis rate of the crop, as well as the value of the lighting quality functional at the current time. Then the program compares the obtained values of the optimization criterion at the current moment and at the previous step and calculates the direction of the gradient according to picked algorithm and the new values of the LED supply currents, leading to a change in the value of the optimization criterion in the right direction. Further, the power supply unit realizes the currents of LED chains of each type and LA changes the plant lighting mode. As a criterion for the lighting quality in SG we used the minimum specific value of the Equivalent System Mass (ESM), which depends on the plants lighting regime. The cost coefficients of the unit of SG planting area equivalent mass and the unit of electric power consumed by SG significantly depend both on the spacecraft design and on the space expedition scenario. According to the literature, the equivalent system mass estimates depending on the light flux density and the crop light efficiency have been calculated in a spacecraft for the space expedition scenario at a long-term use lunar base with a crew of 4. To search for the current optimal lighting parameters during the plant growth, gradient and simplex algorithms were used. As optimization factors, the integral PPFD incident on the crop at the shoot tips level and the ratio of red and white light flux densities (factors X1 and X2, respectively) were used. Factor X1 was regulated in the range from 200 μmol/(m2·s) to 700 μmol/(m2·s), and factor X2 was from 0 to 1.5. The effectiveness of ALS was evaluated by comparing ESM when using ALS or the best constant LED lighting from comparison experiment. Adaptive optimization of Chinese cabbage crop lighting from the 14th to 24th day of vegetation according to the minimum ESM criterion (1) for the lunar base expedition led to a 14.9% saving in the SG equivalent mass. Similar systems with other optimization criterion can be use for terrestrial plant factories.
空间甚低频太阳II型射电暴研究进展
高冠男, 汪敏, 董亮, 郭少杰
当前状态:  doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20190222001
摘要(121)
摘要:
耀斑和日冕物质抛射(Solar flares and coronal Mass Ejections,CME)是产生灾害性空间天气的源扰动。II型射电暴是CME驱动的激波在日冕和行星际空间中运动引起电磁波辐射的结果。以研究太阳物理和空间天气预警预报为背景,对II型射电暴特别是甚低频II型射电暴的频谱特征以及物理成因进行分析,认为甚低频II型射电暴不但可以用于估计CME激波的运动速度、诊断日冕磁场等物理参数,还可以为空间天气预警预报方面提供参考。研究结果可以为空间甚低频射电观测设备的科学研究及应用方面提供有益的参考。
CZ-8:长征火箭系列商业化与智慧化的先行者
宋征宇, 吴义田, 徐珊姝, 陈晓飞, 肖耘
当前状态:  doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200009
摘要(352)
摘要:
综述了CZ-8运载火箭的最新研究成果。CZ-8运载火箭充分继承了在役和新一代运载火箭的研制成果,以发射太阳同步轨道(700 ~1 000 km)卫星为主,并兼顾近地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)和地球同步转移轨道(Geostationary Transfer Orbit,GTO)。CZ-8设计有组合型和融合型两种配置,可面向多种任务,尤其针对商业发射市场,在快捷制造、系统集成、快响发射、自主无人值守、简化对发射场要求等方面开展了大量创新性的实践,显著提升了竞争力。应对未来智慧火箭的目标,开展了上升段应对推力下降故障的动态轨迹规划、起飞漂移主动控制、发射窗口自主修正等自主技术的研究和应用;针对重复使用的需求,采用集束式回收方案进行关键技术攻关和验证,按照分步发展的策略,在大型轻质着陆机构、自主制导方法等方面取得了阶段性的进展。上述创新最终将CZ-8努力打造成为性价比高、易用性好、安全性高的新一代中型主力火箭。
太阳电池阵火星环境发电建模仿真
石海平, 陈燕, 贾阳, 屈严, 刘治钢, 王文强, 彭松
当前状态:  doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200042
摘要(128)
摘要:
火星表面环境与近地空间环境有很大的不同,火星表面太阳电池阵发电受光照强度、火星尘、温度、太阳散射等因素影响,具有较大的复杂性。文章在调研国内外研究及探测成果的基础上,通过试验与建模计算相结合的方式,提出了一种火星表面太阳电池阵发电计算建模方法,建立了相应的仿真计算模型,应用于中国首次火星探测任务太阳电池阵设计及发电功率预算,成为整器能量平衡分析及设计的依据。该计算建模方法可为后续火星探测及其它深空探测任务提供参考。
火星车转移坡道机构展开策略分析与验证
鄢青青, 刘卫, 满剑锋, 朱玛, 周东, 刘学
当前状态:
摘要(136)
摘要:
针对有限的一套转移坡道机构,为实现火星车双向转移的需求,考虑其在轨可能出现的各种故障,在不更改原有机构的前提下,提出了一种双向可选的坡道机构自主展开策略,该策略的各项流程在坡道机构与数管软件的联试试验中得到逐一验证,各项遥测参数正常,执行时序正确,结果表明坡道机构自主展开策略执行有效、可靠性高,为火星车成功转移至火面提供有力保障。
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2020年第7卷第4期目录
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专题:甚长基线干涉技术 (主持人:洪晓瑜 研究员,中国科学院 上海天文台)
VLBI技术研究进展及在中国探月工程的应用
洪晓瑜, 张秀忠, 郑为民, 王广利, 刘庆会, 王娜, 张洪波, 汪敏, 舒逢春
2020, 7(4): 321-331.   doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200030
摘要(123) HTML(46) PDF 655KB(22)
摘要:
我国探月工程将具有测距、测速能力的统一S波段(United S-Band,USB)测控系统和具有高精度测角能力的甚长基线干涉(Very Long Base Interferometry,VLBI)技术系统地结合起来,承担对月球探测器测轨和定轨任务。简要回顾了VLBI技术的发展,重点介绍了VLBI技术在我国探月工程的应用,总结在工程应用中的关键技术,分析了VLBI在探测任务中的重要作用。VLBI测轨分系统圆满完成了“嫦娥1号”“嫦娥2号”“嫦娥3号”“嫦娥4号”探测器以及“嫦娥5号”试验飞行器的测定轨和定位任务,也为后续的月球及行星探测奠定了坚实的基础。
“嫦娥4号”高精度VLBI测轨技术
王广利, 洪晓瑜, 刘庆会, 李斌, 马军, 苏彦, 郝龙飞
2020, 7(4): 332-339.   doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200026
摘要(188) HTML(135) PDF 1517KB(20)
摘要:
“嫦娥4号”在国际上首次实现了月球背面软着陆和巡视勘察。“嫦娥4号”中继星任务中首次创新性使用S波段双差分单向测距(Delta Differential One-way Ranging,ΔDOR)测量技术,自主研制的S波段ΔDOR观测数据处理系统在探测器任务期间,首次实现了甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)系统分时快速转换观测中继星和探测器;利用天马射电望远镜对中继星天线进行了在轨指向标定。深入分析了VLBI需要解决的主要技术问题,提出了具体的解决措施,通过重点对中继星、探测器实时任务期间的测量结果的分析,得出这些技术手段对任务目标的完成具有重要作用。
VLBI月球定轨和月面定位技术及其应用
黄勇, 李培佳, 胡小工
2020, 7(4): 340-346.   doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200022
摘要(27) HTML(8) PDF 439KB(19)
摘要:
从“嫦娥1号”任务开始,中国月球探测器就使用地基测距测速和甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)联合测轨模式,实现对月球探测器的精密测定轨。对VLBI在中国月球探测定轨定位中的应用进行系统性介绍,分析得出:测量精度从10 ns左右提高到优于1 ns;在探测器定轨和着陆器/巡视器月面定位中,VLBI数据在提高定轨定位精度方面发挥了重要作用,“嫦娥3号”(Chang'E-3,CE-3)环月段定轨精度可达20 m,着陆器定位精度优于100 m,同波束VLBI技术是巡视器相对定位的唯一地面测量手段,CE-3巡视器相对定位精度在1~2 m。
VLBI测轨的S/X致冷接收机技术
李斌, 仲伟业, 王生旺, 张立军, 梁世光
2020, 7(4): 347-353.   doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200029
摘要(148) HTML(73) PDF 969KB(17)
摘要:
高灵敏度致冷接收机是提升我国探月工程VLBI测轨精度的关键设备。我国自主研发的S/X致冷接收机采用了双频馈源网络、致冷极化器、HEMT(High Electron Mobility Transistor)致冷低噪声放大器、超导滤波器等核心技术,实现了S/X双频信号的同时同目标高灵敏度接收。介绍了接收机系统设计及分部件研制情况,并对接收机噪声和系统噪声进行了实测。结果表明,S波段接收机频带2.19~2.3 GHz,接收机噪声温度8 K,天顶方向系统噪声温度53 K,X波段接收机频带8.2~9.0 GHz,接收机噪声温度13 K,天顶方向系统噪声温度32 K,很好地完成了我国探月工程VLBI测轨任务。
实时VLBI处理机技术
郑为民, 张娟, 徐志骏, 刘磊, 童力, 张秀忠
2020, 7(4): 354-361.   doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200027
摘要(141) HTML(56) PDF 793KB(10)
摘要:
实时处理机是探月工程VLBI测轨分系统数据处理中心的核心设备。软件处理机是自主开发的实时并行信号处理软件,运行于CPU+GPU结构的高性能集群服务器平台,硬件处理机是基于大规模FPGA器件研制的专用高速信号处理机。它们采用FX型结构,具备数据实时接收、解码、相关处理、相位校正信号提取、实时监视等功能。当探测器预报时延模型精度不够时,处理机系统可通过特殊的条纹搜索功能,现场实时自主重构高精度时延模型,引导处理机完成探测器信号相关处理。经过工程验证,月球探测器VLBI测定轨的总实时数据速率达到了512 Mbps。
基于GNSS加密网的VLBI电离层时延修正方法
周伟莉, 宋淑丽, 李培佳, 张志斌, 黄超, 黄勇, 王广利
2020, 7(4): 362-370.   doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200056
摘要(19) HTML(4) PDF 1128KB(12)
摘要:
基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)反演的电离层模型是甚长基线干涉(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)网(Chinese VLBI Network,CVN)电离层时延修正的有效方法。由于国际GNSS服务组织(International GNSS Services,IGS)跟踪网在中国区域较稀疏,针对探月工程高精度需求,提出了加密GNSS跟踪网的处理策略,构建了全球电离层精修正模型(ShangHai Astronomical Observatory,SHAO),并与欧洲定轨中心发布的全球电离层修正模型(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)作对比。结果表明:在电离层平静期,采用两种模型计算的CVN站电离层时延相对均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)最大1.23 ns;在电离层活跃期,CVN站的电离层时延RMSE最大达16.80 ns。在电离层处于活跃期时,基于SHAO模型的VLBI定轨残差相比CODE模型在S1波段由6.07 ns提高到3.33 ns,S2波段由9.10 ns提高到7.07 ns,X0波段由0.70 ns 提高到0.60 ns。
论文
火星探测任务着陆区选址和地质分析
王越, 王彪, 王汛, 潘辰安, 姚佩雯, 李晨帆, 李勃
2020, 7(4): 371-383.   doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20190708001
摘要(365) HTML(172) PDF 1974KB(57)
摘要:
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。
多器联合月球极区探测通信系统设计
刘适, 李炯卉
2020, 7(4): 384-390.   doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20191029001
摘要(25) HTML(10) PDF 531KB(12)
摘要:
通信系统是月球极区探测器的重要组成部分之一。月面极区着陆器通信条件相对于低纬度地区探测有较大的差异,通信系统设计需结合月面极区软着陆探测任务实际,针对其任务的特点和需求开展相关设计工作。对多器联合月球极区探测通信开展任务分析,分析了通信系统架构、通信环境条件和数据量等任务需求,并设计了月球极区通信系统链路架构。该方案基于一套由月球中继通信网络和月面通信网络组成的链路构架,通过异构链路互为备份、多中心节点等方式实现了系统的可靠性与可扩展,兼顾了系统内的资源优化配置,可为未来月球极区探测通信技术工程实施提供指导。
一种适应多目标轨道的运载火箭弹道制导设计方法
王颖, 唐明亮, 郝钏钏, 朱亮聪, 冯继航
2020, 7(4): 391-398.   doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200038
摘要(19) HTML(11) PDF 524KB(11)
摘要:
随着人类探索太空的步伐愈加深入,利用多星组网进行深空探测的多目标轨道发射任务越来越多,针对性地提出一种适应多目标轨道要求的运载火箭弹道制导设计方法。创新性地提出只设计一条理论弹道,对其它目标轨道采用卫星入轨点位置不变的假设,根据不同的轨道要求生成对应的制导终端参数,利用迭代制导实现入轨。仿真结果表明,该方法能极大减少传统弹道制导设计的计算量,对运载能力影响较小,对多目标轨道任务适应性强,易于工程实现。该方法也适用于目标轨道临时微调的情况,进一步提高运载火箭进入深空探测的能力。
深空天线组阵的空间功率合成特性分析
张旭旺, 王文灿, 马文起, 陈少卿, 刘友永
2020, 7(4): 399-406.   doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200052
摘要(190) HTML(87) PDF 1189KB(17)
摘要:
深空天线组阵是实现极远距离深空探测和通信的重要手段之一。基于天线组阵的信号模型,深入研究了深空天线组阵的空间功率合成特性,分析了各天线信号的时延及相位补偿误差对空间功率合成性能的影响,并研究了天线组阵的阵型对栅瓣位置及幅度特征的影响。仿真试验结果表明:均匀分布方形天线组阵的栅瓣分布均匀且幅度较大,随着天线组阵非均匀分布程度的增加,栅瓣会变得散乱分布且幅度降低,但主瓣的变化并不明显。圆形天线组阵的栅瓣分布比较散乱,而L形天线组阵的主瓣和栅瓣均为椭圆形。为深空天线组阵系统的设计提供了一定的参考。
宽范围输入输出离子电推进屏栅电源的设计
陈昶文, 武荣
2020, 7(4): 407-416.   doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200051
摘要(154) HTML(93) PDF 1310KB(6)
摘要:
深空探测器离子电推进系统电源处理单元(Power Processing Unit,PPU)需要适应宽范围电压输入、宽范围电压输出和功率输出,造成PPU的元器件应力增加、体积重量增加和效率降低。针对我国小天体探测器离子电推进PPU中核心模块屏栅电源输入电压60~110 V、输出电压420~1 260 V、输出电流0.3~2.1 A的指标需求,从功率模块分解、软开关拓扑选择、单级功率变换器拓扑设计和两级功率变换器拓扑设计方面研究了屏栅电源的设计,提出了在效率、体积和可靠性方面综合优化的方案,对屏栅单个功率模块的设计开展了实物验证。得出:采用优化的模块分解,将输出电压固定,能有效降低元器件应力、优化变换器工作点效率以及提高变换器的可靠性;移相全桥和全桥LLC在设计宽范围输入变换器时存在半导体功率元器件电应力高和磁性元器件加工困难等问题;采用BUCK或BOOST + 全桥LLC的两级拓扑方案,能简化高压整流电路的应力,同时适应宽范围输入电压,是宽范围输入输出屏栅电源优选的方案。

2014年创刊 双月刊

主 管: 工业和信息化部

主 办:
北京理工大学
中国宇航学会深空探测技术专业委员会

主 编:吴伟仁

ISSN 2095-7777CN 10-1707/V

地 址:中关村南大街5号

电 话:(010)68915831 / 68915834

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