火星大气

摘要： 美国亚利桑那大学和美国国家航空航天局的科研人员合作设计了一种无动力滑翔机,可用于探索火星的大气和地质信息。2022年7月,团队发表在《航空航天》杂志上的一篇论文详细介绍了火星滑翔机的初步设计,该设计可以填补表面漫游车和轨道航天器之间的科学观测空白。拟议中的飞机将配备传感器和摄像头,并利用风能飞行数小时甚至数天。

摘要： 想象一下,未来的某一天。航天员穿着定制的航天服,在火星上行走,呼吸着火星大气生成的氧气。外形像鸟一样的充气式飞行器在金星的天空中飞行,探测金星的大气成分和气象模式……这简直就像是科幻作品里的情节,但这种场景或许在不远的将来就会实现。2022年2月,美国宇航局在其官网发布了本年度创新先进概念计划的遴选结果,共有18个项目入选,其中第一阶段项目13个.

摘要： 大年三十,你和家人正在看春节联欢晚会,美轮美奂的节目中,一位科学家走上舞台,宣布了一个好消息:天问一号已顺利被火星捕获。原来,在2020年,天问一号火星探测器就搭乘着长征五号运载火箭发射升空,在飞行约7个月后来到火星上空,开启火星探索之旅。探测火星分步走,探测火星有三种方式:绕、落、巡。20世纪60年代,人们刚开始探测火星,对火星的许多方面都一无所知。为了降低风险,绕、落、巡这三种任务通常会一步步分开进行。人们先让探测器在火星上空环绕,初步探测火星大气、地形地貌等综合信息,了解充足后再派遣新的探测器,依次展开着陆、巡视任务。

摘要： 未来50年内,人类或许就能实现登陆火星的壮举。然而以目前的技术,在我们有生之年还无法使它变得宜居。美国航空航天局(NASA)正在测试一种能利用火星大气成分制造氧气的设备——火星氧气资源利用装置(MOXIE)。火星大气含有近96%的二氧化碳,MOXIE可以从大气中吸收二氧化碳,再电解它们释放氧气。

摘要： 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.

摘要： 火星上的气候跟地球有着重要的相似之处,两者的比较研究对于我们更好地了解地球大气历史和未来的演化具有重要意义.火星地表和大气中的沙尘及沙循环是火星气候系统中极为重要的一环,而沙尘暴是火星沙循环中最重要的动力学过程.基于已有的火星沙尘暴和大气波动的研究结果,我们对火星沙尘暴的发生时间和空间尺度以及季节演化进行了归纳;并对火星大气潮汐和行星波的研究进行了总结,分析其对沙尘暴的响应特征,以及大气波动的动力学效应对沙尘暴传播和沙尘空间分布的调制作用;最后,结合其耦合作用对两者未来的发展进行了展望.

摘要： 5月15日7点18分,天问一号火星探测器的着陆巡视器与环绕器分离,历经约3小时飞行后,进入火星大气,经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲等,成功着陆在火星乌托邦平原南部预选着陆区。火星上首次留下中国人的印迹,意味着我国航天事业取得了里程碑意义的进展。

摘要： 科研团队根据"祝融号"火星车发回遥测信号确认,5月15日7时18分,天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,中国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。凌晨1时许,天问一号探测器在停泊轨道实施降轨,机动至火星进入轨道。4时许,着陆巡视器与环绕器分离。历经约3小时飞行后,进入火星大气,经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲,成功软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。

摘要： 火星大气层的主要成分为二氧化碳,如果能够利用低温等离子体方法高效分解二氧化碳,使其转化为氧气和一氧化碳加以利用,可以大幅降低航天员生命保障相关载荷长途运输的成本,进一步提高生命保障能力.低温等离子体放电过程中会产生大量活性组分,可以在数百度温度下实现二氧化碳的高效解离,是具有很大潜力的二氧化碳解离与转化方式.设计了一种尺度在亚毫米级、功率输入为数瓦的直流微槽等离子体反应器,可以在较低气体温度下实现二氧化碳分解.测量了反应器电流、功率等放电参数,采用发射光谱确定了体系中激发态组分,分析了激发态粒子谱线强度随输入电压、稀释气体比例等反应器工作参数变化,利用氮气分子振转谱带测量了等离子体放电区振动温度和气体温度.研究表明,添加氩、氦、氮气均可以增强二氧化碳的分解,添加氦气可以促进二氧化碳的电离过程.稀释气体激发态因具有高能量,可以通过潘宁解离通道增强二氧化碳分解.氦组分激发态的能量高于二氧化碳电离能,可以促进二氧化碳的电离反应.微等离子体内存在强烈的振动-平动非平衡现象:振动温度约为4400～4800 K,而气体温度仅为450～600 K,表明可以通过合理的放电和结构设计,定向将能量注入到振动态,从而进一步促进二氧化碳的振动解离.

摘要： 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,O3,H2O,H2O2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300～1000 GHz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560 GHz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45 km高度以下优于2 K;H2O丰度的反演精度在90 km以下优于50％,30 km以下优于2％;H2O2的反演精度在4O km以下优于50％;O3的反演精度在50 km以下优于60％;大气风速度的反演精度在65 km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.

摘要： 火星大气与地球大气差异较大,稀薄程度高,本文针对高超声速飞行器在火星大气环境再入过程中流场所出现的强热化学非平衡现象,采用非结构网格直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC),建立火星大气8组元、44基元化学反应模型,以火星探路者号(Mars Pathfinder)为几何模型,开展数值模拟研究,与文献对比,验证了本文火星大气化学反应DSMC方法求解器的正确性;与相同再入条件地球大气化学反应算例对比,深入分析流场热化学非平衡效应的差异,研究结果对火星探测具有指导意义.

摘要： 美苏早在上世纪60年代就开始了探索火星的活动,目前对火星大气已经有相当的了解,但有关火星大气及气候还存在许多难点.对于火星大气的研究不仅能够为着陆器或未来人类登陆火星提供重要的环境特征依据,并且也是着陆器能够在火星环境中安全工作的重要保证.本文围绕SPICAM、CRISM等火星大气探测类载荷,介绍了它们的设计特色和相关的指标参数,综合阐述了对于火星大气探测方面的研究进展,并提出了我国火星大气探测载荷方案的设想.

摘要： 针对弹道升力式飞行器的火星大气进入轨迹优化问题,研究了一种基于粒子群算法的火星大气进入轨迹优化方法.首先,建立火星大气进入动力学模型,提出火星大气进入轨迹优化所需要满足的初始条件约束、过程约束、终端约束及优化问题的性能指标;然后,采用粒子群算法并改进惯性权重,对火星大气进入轨迹进行寻优;最后,给出一个算例对本文所述算法进行数值仿真验证,表明采用该算法所得的火星大气进入轨迹优化结果能够满足任务要求且具有良好的实时性.

摘要： 国外开展了多次火星大气成分的探测,但主要集中在利用红外波段探测C02和尘埃,对火星大气中的微量气体关注较少,而大气中的微量气体分子的探测对于了解火星上空大气循环状况具有重要意义.本论文主要针对火星大气中的氮化物,臭氧、水汽,氧气等的探测展开研究,首先介绍了火星大气的基本概况,其次对火星大气的探测需求进行了分析,最后介绍了火星大气微波探测仪的系统组成并对关键技术进行了研究.

摘要： 寻找火星上存在或曾经存在的生命,将是未来最为重要的火星探测任务之一.火星表面水冰的发现,提供了生命存在的条件.在地球大气中90％的甲烷气体是由生命活动产生的,在火星大气中已确认存在甲烷气体,开展火星大气甲烷的探测成为探索火星生命的一项重要手段.为探索火星甲烷的源区及扩散过程,并进一步研究火星甲烷的形成机制,提出火星大气甲烷断层扫描立体成像的新型探测方案.拟利用甲烷特征辐射光谱对火星大气进行断层扫描探测,通过数据反演得到火星大气甲烷分层分布情况.本文先对甲烷特征辐射机理进行研究,并对探测方案进行初步设计,指出方案中需解决的关键技术,希望通过对关键技术的逐步攻关,能够早日完成仪器研制,并对我国自主火星探测任务贡献力量.

摘要： 当行星飞行器发出的信号穿过行星大气到达地面接收站,发生了掩星事件.在地基掩星观测反演火星大气的资料处理过程中,掩星时刻的识别与掩星平面的建立是第一项任务.本文介绍了地基火星大气掩星观测处理软件系统,仿真萤火一号(VH-1)初始的观测资料(飞行器、火星与地球的历表),建立掩星平面,确定掩星时段等.

摘要： 历史上几乎所有的行星探测任务都开展了无线电掩星实验来探测行星的大气、电离层、行星环以及磁场,取得了很多重要的科学成果.掩星发生时刻前后,测量航天器发出的信号穿过行星电离层和大气被遮掩而引起的信号频率、相位、幅度或极化等物理特性的变化,通过某种反演技术可以得到大气的折射率廓线,推出中性大气的密度、温度、压强廓线以及电离层的电子浓度廓线.在中国首次火星探测任务YH-1中,将通过火星大气掩星实验探测火星的大气、电离层等空间环境特征.利用PDS公布的MGS无线电科学数据,对已经反演得到的火星电离层电子密度廓线数据进行了统计分析,对火星电离层的分层结构和物理特性有了一定的了解,对系统的不同部分进行了初步验证.

摘要： 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。

摘要： 人类探测火星的目的除了探索宇宙的奥秘之外,还在于火星是我们地球的近邻,它的特征在很多方面都与地球极为相似.有人认为,火星的现在就是地球的未来.因而对火星进行探测和研究火星对于认识我们居住的地球的环境,特别是认识地球的长期演化过程,是十分重要的.本文在总结和概述火星探测概况的基础上,对人类开展火星探测,特别是对火星大气开展探测的科学意义.

摘要： Mars does not have an intrinsic dipolar magnetic field like Earth,but features strong magnetic crustal fields on the southern hemisphere.The intensity of the crustal field suggests it should have an effect on Martian ions escape,but the efficiency of this effect is still doubted.Mars Atmosphere and Volatile Evolution(MAVEN)was launched on2013and its shorter orbital period and lower altitude can provide more information of Martian ionosphere.

摘要： 本发明公开了一种火星探测器大气进入段复合快速非奇异终端滑模控制方法，具体为：首先建立受多源干扰影响的火星探测器大气进入段纵向运动动力学模型，并基于模型建立高度指令跟踪误差的动态方程；其次针对高度指令跟踪误差的动态，设计扩张状态观测器实现多源干扰的渐近估计；再次基于高度跟踪误差信息设计快速非奇异终端滑模面；最后结合干扰估计信息设计复合快速非奇异终端滑模控制器。本发明保证了控制量的连续，消除了抖振现象，具备更快的收敛速度，且显著提升了系统的抗干扰性能。

摘要： 本发明提供一种具有较高精度的火星高层大气风场及密度反演方法。具体实现方法为构建进入圆球的大气阻力加速度与大气风速、密度等参数间的关系，使用加速度计和陀螺仪等惯性组件联合确定进入圆球的轨迹姿态参数，基于加速度计测得的大气阻力方向实现大气风场参数反演，基于大气阻力模值及大气阻力系数建模实现大气密度反演。本发明具有精度高，低成本的优点，有效载荷仅包括一个三轴加速度计和一个陀螺仪，基于精密仪器给出的高精度数据可得到高精度的结果，可以基于微纳卫星平台实现，在此基础上组建微纳卫星探测星群，可实现对火星高层大气的全覆盖探测。

摘要： 本发明涉及一种火星表面大气环境模拟装置的多参量原位集成感测系统，属于航空航天领域，本发明包括舱体，舱体的顶部设有顶门，舱体外的左侧设有左门、舱体外的右侧设有右门，舱体上部的外侧对称设有两个观察窗，且观察窗内设有高速相机，舱体的顶部对称设有两个真空管道，一种火星表面大气环境模拟装置还包括气体静态参数监测组件、气体动态参数监测组件、粉尘参数监测组件、电学特性监测组件和多个引射器；多个引射器以舱体的轴线为中心沿圆周方向均布设置在舱体内的底面上，所述气体静态参数监测组件、所述气体动态参数监测组件、所述粉尘参数监测组件、所述电学特性监测组件安装在舱体的内壁上。本发明可以监控舱体内各种参数，随时调整舱体内的空气流动的问题。

摘要： 本发明涉及一种火星探测器姿控发动机试验用火星大气成份模拟装置，该装置包括依次连接的二氧化碳气体生产组件、二氧化碳气体贮箱及二氧化碳气体供应组件，二氧化碳气体生产组件包括二氧化碳液瓶组、汇流排、液体减压阀、加热器、气体减压阀、供应管路；二氧化碳液瓶组包括多个二氧化碳液瓶，所述多个二氧化碳液瓶并联设置；汇流排包括多个入口和一个出口；多个二氧化碳液瓶的出口与汇流排的多个入口一一对应连通；汇流排的出口通过液体减压阀与加热器的入口相连接；加热器的出口通过供应管路与二氧化碳气体贮箱的入口相连接；气体减压阀设置在供应管路中；该装置能够模拟火星大气环境，解决了火星探测器姿控发动机高模试验的问题。

摘要： 本发明公开的基于Kriging空间插值的火星大气进入段最优制导方法，属于深空探测技术领域。本发明的实现方法为：确定纵向运动的动力学模型和大气进入段开伞条件；基于所述的确定纵向运动的动力学模型和大气进入段开伞条件，进行离线轨迹优化，获得最优轨迹和最优轨迹对应的制导指令；采用Kriging空间插值法，对获得的最优轨迹和最优轨迹对应的制导指令进行在线插值，生成在线制导指令，通过在线制导指令保证末端位置精度的同时，最大限度地提高末端高度，从而为后续的下降和着陆任务相关操作提供更大的时间裕度，保证火星着陆探测任务的安全实施。本发明具有在线计算效率高的优点。

摘要： 本发明涉及一种火星探测器姿控发动机试验火星大气成份模拟装置，该装置包括依次连接的二氧化碳气体生产组件、二氧化碳气体贮箱及二氧化碳气体供应组件，二氧化碳气体生产组件包括二氧化碳液瓶组、汇流排、液体减压阀、加热器、气体减压阀、供应管路；二氧化碳液瓶组包括多个二氧化碳液瓶，所述多个二氧化碳液瓶并联设置；汇流排包括多个入口和一个出口；多个二氧化碳液瓶的出口与汇流排的多个入口一一对应连通；汇流排的出口通过液体减压阀与加热器的入口相连接；加热器的出口通过供应管路与二氧化碳气体贮箱的入口相连接；气体减压阀设置在供应管路中；该装置能够模拟火星大气环境，解决了火星探测器姿控发动机高模试验的问题。

摘要： 本申请涉及一种火星大气电离层穿刺探测轨迹优化方法、装置及设备，其方法包括构建多次改变近地点幅角的升力体飞行器运动方程；建立弹道参数与轨道参数的转换关系；构建近地点幅角方程，并得到近地点幅角ω和弹道参数的关系；对近地点幅角ω进行局部敏感度分析，将使近地点幅角ω的敏感度最大的参数作为优化变量，使升力体飞行器每次飞出大气层时的速度达到最大，并通过选定不同的飞出点纬度Φ，明确升体力飞行器飞出大气层时的位置；基于Gauss伪谱法对穿刺探测飞行轨迹进行优化，得到需要的再入轨迹。解决了现有的火星大气电离层探测方式存在探测区域片面、可探测范围受限的问题。本申请具有对火星大气电离层进行更全面地探测的效果。

摘要： 本发明公开了一种火星大气进入过程升力制导误差分析方法和系统，该方法包括：建立半速度系下的动力学方程；对半速度系下的动力学方程进行误差分析，建立大气进入误差动力学方程；对大气进入误差动力学方程进行离散化处理，得到离散化的误差协方差传播方程；根据离散化的误差协方差传播方程进行误差递推分析，得到火星大气进入过程升力制导误差分析结果，并输出。本发明通过方差外推技术实现了对火星着陆对落点误差方差的时间历程分析，为提高火星进入制导控制的鲁棒性和精度提供了研究依据。

摘要： 本发明公开了一种适用于火星大气的新型固定翼飞行器增升装置及飞行器。适用于火星大气的新型固定翼飞行器增升装置，包括：飞行器的机翼，机翼上设有至少一个马格努斯转子安装位，马格努斯转子安装位包括第一安装槽位和第二安装槽位，第一安装槽位和第二安装槽位均贯穿机翼的上下表面；马格努斯转子，包括第一转动辊、第二转动辊和传动皮带，第一转动辊横向转动安装在第一安装槽位中，第二转动辊横向转动安装在第二安装槽位中，传动皮带套装在第一转动辊和第二转动辊上，且传动皮带的上表面与机翼的上表面机翼一致，传动皮带的下表面与机翼的下表面机翼一致；动力装置，用于带动第一转动辊和/或第二转动辊转动。

摘要： 本发明公开了一种采用冷冻法的火星大气二氧化碳捕集系统及其方法。该系统利用低温冷机冷却的扩展表面捕集单元将流动的火星大气中的二氧化碳固化，冷冻层达到一定厚度后，采用加热的方式使固态二氧化碳气化并自增压，当压力达到设定值后，再将其通入后续设备。本发明采用冷冻法捕集火星大气中的二氧化碳，适用于火星大气的低温、低压环境特征，捕集效率高，且通过交替切换运行可实现二氧化碳连续供气并精确控制进入后续设备的二氧化碳气体压力。