行星探测

摘要： 太阳系是我们赖以生存的恒星系统。太阳是这个系统毋庸置疑的核心,占据了太阳系总质量的99.86%。8颗大行星,5颗矮星系,超过百万计数的小行星及其它们的卫星,以及彗星和星际尘埃组成了余下的0.14%。过去的文章中我们曾对大行星探测进行过介绍。从本期开始,我们回顾人类对太阳系物质分布认识的发展,以及对小天体的空间探测历程。

摘要： 两千多年前,伟大诗人屈原在楚南沅湘之地仰望星空,将万千愁绪化作一首“千古万古至奇之作”——《天问》。如今,中国航天人秉承屈原的求索精神,怀揣追求真理的坚韧与执着,将天问一号送入茫茫太空,终抵火星并取得了圆满成功,在中国行星探测征程中迈出崭新的第一步,成为我国航天事业又一具有里程碑意义的进展,在世界航天发展史上写下浓墨重彩的一笔。

摘要： 2021年年底,我在一次报道任务中专访了中国首次火星探测工程总设计师张荣桥。针对火星和行星探测的热点话题,张荣桥倾囊相授,与我交流了近两个小时。采访中,除了火星和行星探测等“硬货”内容,张荣桥对媒体关于科学报道的一些问题也表达了担忧。比如在接受媒体采访时,他曾表示希望为仰望星空、脚踏实地的年轻人多解决一些后顾之忧,却被一些短视频断章取义为“呼吁涨工资”;目前并不科学的火星移民工程,也被很多媒体拿来做了“标题党”。

摘要： 针对行星表面轻量化自主探测任务,基于仿生思想设计了一种仿海胆结构的十二足球形机器人,其具备自主改变构型以贴合复杂地形的能力,可实现无倾覆、高容错的全向运动;基于数据驱动方法,对该机器人设计了一种数据高效的无模型强化学习运动策略,可实现无先验知识的从0到1步态训练以及步态的实物样机快速部署。通过在平面地形和非结构化地形中对其进行仿真实验,验证了经过训练的机器人具备自主运动、适应非结构地形等能力;通过与常用基准策略进行对比,证实了本文提出的运动策略具有训练高效、鲁棒性好的优势;最后通过开发原理样机,开展实物实验验证了仿真环境中所生成的步态在真实物理环境中的动力学可行性。

摘要： 基于行星定点软着陆探测任务的需求,围绕复杂形貌行星着陆过程环境特点,首先分析了行星着陆复杂形貌特征匹配与自主导航所面临的主要技术挑战,随后综述了行星着陆复杂形貌特征匹配与自主导航的研究现状,并概括了行星着陆复杂形貌特征匹配与自主导航所涉及的关键技术。最后对未来行星着陆探测复杂形貌特征匹配与自主导航发展方向进行了展望。

摘要： 对空间中能量介于几十keV到几MeV的离子进行成分、能谱、通量和角分布等信息的测量,具有十分重要的科研和应用价值.20世纪80年代,一种基于二次电子发射(Secondary Electron Emission, SEE)的TOF×E空间中高能离子探测器(下简称中高能TOF质谱仪)问世,直到今天,仍然被广泛应用于各类空间任务.本文将重点介绍中高能TOF质谱仪的技术原理,发展历史,当前发展现状和未来趋势.另外还对中高能TOF质谱仪的质量分辨率和抗干扰能力两项关键参数的影响因素进行分析,并探讨通过引进石墨烯薄膜和金刚石探测器改善两项性能的可能性.该项技术目前我国仍未掌握,但随着我国多项深空探测项目即将开展,已对该技术提出了科研和应用需求.针对未来不同的空间任务需求,我国对中高能TOF质谱仪的研发应涵盖单方向高精度和多方向多要素两种类型,并研究通过引进石墨烯薄膜和金刚石探测器等新技术,进一步提升其探测性能和空间任务适应性.

摘要： 我在中央电视台《新闻联播》中看到这样一则新闻:2020年7月23日中午12时41分,我国在中国文昌航天发射场,用长征五号遥四运载火箭成功发射首次火星探测任务“天问一号”探测器,开启了火星探测之旅,也迈出了中国行星探测的第一步。看到这则新闻,我又一次感受到作为一名中国人的骄傲与自豪。新闻里的“首次”“开启”“第一步”等关键词,说明“天问一号”的成功发射意义重大,标志着我国科技的又一突破。

摘要： "天问一号"推开了我国行星探测的大门,通过一次发射,将实现火星环绕、着陆、巡视,是世界首创,也是我国真正意义上的首次深空探测。北京航天飞行控制中心是我们与太空链接的纽带,而在这里,90后的鲍硕成为了首次火星探测任务北京总调度。

摘要： 自从美国国家航空航天局(NASA)发射的行星探测航天器——开普勒太空望远镜2018年退休后,其继任者"凌日系外行星勘测卫星"(简称"苔丝")就被人们寄予厚望。"苔丝"的主要目标,是在开普勒发现的基础上,继续搜寻太阳系以外的"新世界",扫描超过20万颗太阳系附近的明亮恒星,以寻找围绕它们公转的行星及其上可能的生命迹象。

摘要： 为弘扬探月精神,进一步凝聚科技工作者力量,2月24日,北京老科学技术工作者总会特邀中国探月工程首任首席科学家、中国科学院院士欧阳自远作“承前启后的嫦娥五号”线上科普讲座。九天揽月星河阔,十六春秋绕落回。作为我国探月首任首席科学家,欧阳自远院士从世界探月发展史的进程出发,详细道出人类探索月球之缘由,探月工作对国家发展的重要性。他还生动形象地讲述中国探月的16年,从嫦娥一号到嫦娥五号,中国在探月工程中取得了多个世界首次和全球第一的荣誉。最后,欧阳自远院士展望了我国探月工程和行星探测工程的未来,并勉励广大科技工作者为中华民族的伟大复兴做出新贡献!他指出,中国应该飞得更远!中国有能力飞得更远!

摘要： 本文调研了国内外行星探测的相关资料,分析获得了在行星较大深度处长期地实施较为丰富的科学探测是行星探测领域新的研究难题.为了解决这一难题,本文运用无人自动潜入式探测原理,提出了蠕动掘进潜入式行星探测装置的设计方案,并重点对探测装置的机构设计开展了研究.最终成功研制出蠕动掘进潜入式探测装置试验样机及其性能测试平台,为蠕动掘进潜入式行星探测装置方案的可行性验证以及性能测试奠定基础.本文研制的蠕动掘进潜入式行星探测装置对我国未来的行星探测任务具有借鉴意义.

摘要： 随着航天技术的发展,小行星探测日渐成为深空探测领域的一个研究热点.小推力航天器逐步得到应用,其特点和优势也越来越明显,也为星际航行的轨迹优化带来了新的挑战.通过能量关系和相位关系从众多小行星中选择多颗小行星进行遍历探测,利用全局优化算法和局部优化算法相结合对航天器的飞行轨迹进行了优化设计.算法在满足约束条件的前提下,使得航天器剩余质量最大和行星探测时间最长,并通过数值仿真算例验证了算法的可行性.结果表明:该算法综合利用混合智能优化算法和模式搜索算法,具有精度高、计算简单的特点,可用于小行星探测的轨迹优化设计问题.

摘要： 深空任务轨道设计除能量消耗和转移时间外,捕获轨道的近心点光照和测控条件也是轨道设计和发射窗口筛选的重要约束.针对深空任务轨道模型构建复杂、窗口筛选约束因素众多、计算量大的问题,本文构建解析分析模型,利用B平面参数为桥梁描述到达目标天体的轨道特性,对天体捕获轨道的近心点光照和测控条件进行分析.使在有近心点光照和测控约束的工程任务方案设计中,可在发射窗口粗筛阶段就能快速地对捕获轨道关键参数如轨道倾角和高度进行确定,有效提高发射窗口和捕获轨道的设计效率.

摘要： 大量的太阳系行星探测科学成果直接来自于微波测控和通信链路.行星无线电科学探测研究使用深空探测器到地面或探测器星间测控通信链路,来探测研究行星及卫星的大气和电离层的结构、质量特性、重力场分布、行星环、行星历表,并探测太阳等离子体、磁场、彗星迹、以及开展引力波和引力红移等相对论理论验证.国际上通常的行星探测任务都安排了该项科学探测.在嫦娥月球探测工程任务中,立足于国内的USB无线电接测控和收系统,成功地探测并优化了月球的重力场和固体潮汐动力学参数;借助地面站和嫦娥-3着陆器突破了月球无线电测距技术;还使用VLBI站成功地开展了火星和金星的大气掩星观测实验;并在佳木斯深空站开展了对冥王星质量的探测以及在开展对土星环质量分布的探测.中国稳步实施月球和火星科学探测计划,并在论证后续的对小行星、木星、太阳等的探测计划,预期行星无线电科学研究在这些任务中继续取得科学与工程技术探测成果.

摘要： 小行星探测方式有飞越、伴飞或者绕飞和着陆等几种探测方式.伴飞小行星探测的轨道控制非常重要,我国还没有真正实施小行星探测任务,可以通过对小行星的远距离伴飞对小行星进行观测,了解了小行星特性之后再展开近距离绕飞或者附着任务.本文利用限制性三体问题推导出小行星伴飞的动力学方程,并且采用滑模变结构控制实现了探测器对小行星形成伴飞时的稳定控制问题,这种控制方法的不变性比鲁棒性更进一步,而且可以通过调节控制参数实现收敛速度和施加加速度的控制.本文最后利用探测器伴飞小行星Apophis对控制策略进行仿真验证,验证滑模变结构控制的有效性.

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： 随着航天技术的发展,行星探测日渐成为深空探测领域的一个研究热点,同时也给星际航行的轨迹优化带来了新的需求.在深空探测任务中,由于现有的运载工具加速能力有限,不可能发射后直接对深空目标进行探测,飞行途中必须经过多次的轨道转移,飞行器的能量消耗是任务设计所要考虑的首要因素。本文将利用多次甩摆技术进行轨道设计看作一个全局优化问题,在甩摆天体次序已指定的条件下,以飞行器能量消耗为目标函数,开展多次甩摆的优化设计研究,有效的减小能量消耗.

摘要： 陨坑是行星软着陆导航与避障过程中的主要检测目标,目前陨坑检测方法需要被检测图像尽可能包含完整且清晰的单一陨坑,因此对图像陨坑进行预检测处理得到了广泛关注.本文通过人工模拟地形方法建立行星陨坑图像数据库,提出一种基于灰度梯度直方图特征(HOG)的支持向量机(SVM)图像陨坑分类方法.该方法可以有效提取图像中可能包含陨坑的图像子图,并作为后续精确标记陨坑位置的图像处理方法的输入数据.仿真结果证明该方法能够有效提高陨坑标记的准确性和实时性.

摘要： 陨坑是行星软着陆导航与避障过程中的主要检测目标,目前陨坑检测方法需要被检测图像尽可能包含完整且清晰的单一陨坑,因此对图像陨坑进行预检测处理得到了广泛关注.本文通过人工模拟地形方法建立行星陨坑图像数据库,提出一种基于灰度梯度直方图特征(HOG)的支持向量机(SVM)图像陨坑分类方法.该方法可以有效提取图像中可能包含陨坑的图像子图,并作为后续精确标记陨坑位置的图像处理方法的输入数据.仿真结果证明该方法能够有效提高陨坑标记的准确性和实时性.

摘要： 陨坑是行星软着陆导航与避障过程中的主要检测目标,目前陨坑检测方法需要被检测图像尽可能包含完整且清晰的单一陨坑,因此对图像陨坑进行预检测处理得到了广泛关注.本文通过人工模拟地形方法建立行星陨坑图像数据库,提出一种基于灰度梯度直方图特征(HOG)的支持向量机(SVM)图像陨坑分类方法.该方法可以有效提取图像中可能包含陨坑的图像子图,并作为后续精确标记陨坑位置的图像处理方法的输入数据.仿真结果证明该方法能够有效提高陨坑标记的准确性和实时性.

摘要： 本发明提供一种行星际能量粒子探头、探测系统及探测方法，行星际能量粒子探头包括两套望远镜系统，望远镜系统包括两个望远镜单元，每一个望远镜单元均具有开口的第一端及第二端。望远镜单元的第二端设置有磁偏转系统，磁偏转系统包括环形磁铁，一套望远镜系统中的两个所述望远镜单元中的所述环形磁铁以所述环形磁铁的中心轴平行的方式设置，在所述环形磁铁的中心轴延伸方向上，两个所述环形磁铁产生的磁场方向相反。该磁偏转系统能够很好地偏转能量低于400keV的电子，满足望远镜单元的第二端偏转能量低于400keV的设计要求。从而在望远镜单元的两端分别探测不同能量的中高能电子、质子以及中高能离子。

摘要： 本发明提供一种行星际能量粒子探头、探测系统及探测方法，行星际能量粒子探头包括两套望远镜系统，望远镜系统包括两个望远镜单元，每一个望远镜单元均具有开口的第一端及第二端，望远镜单元还包括多层并排设置的半导体探测器。望远镜单元的第一端设置有吸收箔，第二端设置有磁偏转系统，半导体探测器设置在吸收箔和磁偏转系统之间，从而在望远镜单元的两端分别探测不同能量的中高能电子、质子以及中高能离子。行星际能量粒子探测系统采用本发明所述的行星际能量粒子探头，并且进行精细的能档划分，以实现在行星际空间中对能量电子、质子和氨离子的高精度实地探测，为研究太阳系高能粒子的起源和加速提供至关重要的观测数据。

摘要： 本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法、系统和电子设备，方法包括：确定地基雷达的最大探测距离；获取每个近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离，将小于所述最大探测距离的近地小行星确定为初选目标；筛选出与地球之间的最近距离不大于所述地基雷达的最大探测距离的初选目标作为探测目标。能够快速且准确地从多个近地小行星中筛选出探测目标。

摘要： 本发明公开了一种行星大气声探测研究用真空实验装置，包括真空罐和风洞结构，真空罐包括罐体和端盖，罐体和端盖的内侧敷设有保温层，罐体的保温层的内侧设有第一热屏蔽层，端盖的保温层的内侧设有第二热屏蔽层，第二热屏蔽层罩扣于第一热屏蔽层的端部，第一热屏蔽层内侧设热沉，风洞结构设置在罐体内包括依次连接的进风收缩段、试验仓段和风机段，外侧与热沉之间构成循环回流风道，进风收缩段的入口设有将循环回流风道的气流导入的前导流盖，风机段的出口设有后导流盖，前导流盖与循环回流风道的交界处设有环状翅片换热器，环状翅片换热器包括若干介质环管，介质环管表面设有翅片。本发明达到了正负压环境下‑173°C的风洞气流环境温度。

摘要： 本发明公开用于小行星探测的附着探测敏感器及附着区障碍检测方法。所述敏感器包括光学系统和电子系统。所述光学系统向小行星表面发射四束方向不同的测量光束而在小行星表面形成四个测量点，每三个测量点不在同一直线上，该光学系统测量每条测量光束的距离信息。所述电子系统根据第

摘要： 本发明公开了一种用于行星及小行星探测的目标结构配准测量方法及系统，该方法通过安装在卫星上的飞行时间相机实现，该方法包括：接收飞行时间相机定时采集的目标星体表面环境的图像和深度信息，对图像和深度信息进行融合，生成三维点云数据；对三维点云数据进行滤波处理，得到去噪后的三维点云数据，并把去噪后的三维点云数据存入数据列表；对去噪后的三维点云数据进行有效区域信息的提取，得到有效点云区域的数据；再进行迭代最近点法配准，得到变换矩阵；从数据列表提取去噪后的三维点云，使用变换矩阵进行变换，得到配准后的整体三维点云数据；对配准后的整体三维点云数据进行特征提取，得到目标星体表面的距离信息、位置信息和形状信息。

摘要： 本发明公开的一种行星际多体系统小行星探测最优多脉冲转移方法，属于航空航天技术领域。首先在日地质心旋转系下建立探测器动力学方程，即高精度动力学模型。根据任务约束选定目标小行星并给出探测器在日地质心旋转坐标系下的初始状态，采用扰动法获得探测器单脉冲小行星飞越轨道；利用优化算法得到飞越距离最小的单脉冲小行星飞越转移轨道；基于主矢量理论，进行多脉冲转移轨道设计，得到满足主矢量条件的最优多脉冲转移轨道；将得到的最优多脉冲转移轨道，带入高精度动力学模型递推，利用多级并行微分修正方法对转移轨道进行修正，实现多天体强扰动非线性环境下小行星探测的精确轨道转移。本发明具有速度增量小、适用性好、收敛性好的优点。

摘要： 本发明公开用于小行星探测的附着探测敏感器及附着区障碍检测方法。所述敏感器包括光学系统和电子系统。所述光学系统向小行星表面发射四束方向不同的测量光束而在小行星表面形成四个测量点，每三个测量点不在同一直线上，该光学系统测量每条测量光束的距离信息。所述电子系统根据第

摘要： 本发明公开一种串联式轮腿行星探测器，包括主体单元、腿部单元和轮部单元，搭载平台能够用于搭载探测设备，且同时设置腿部单元和轮部单元，利用轮部单元能够实现平面运动，且轮子可转动地与腿部单元相连，方便平面运动转向，提高了装置的运动自由度；本发明利用腿部单元能够实现类似足式机器人的行走、翻越障碍运动，提高装置运动效率；大腿组件和小腿组件均具有平行四边形机构，在减轻腿部单元质量的同时，增大了腿部单元运动空间，增强了装置翻越障碍的能力，保证了腿部单元末端运动过程中与机器人主体保持平行，轮部单元传递到腿部单元的力竖直向上。本发明结合了轮式探测器与腿式探测器的优点，在未来行星探测中能够高效的完成探测任务。

摘要： 本发明提供了一种行星探测测控通信系统，其用于包括火星、木星探测在内的超远程通信场景，包括：两台功放，被配置为均设置高低两档发射功率，其中低功率用于近地段通信，保护地面深空测控系统设备，高功率用于远地段通信，保证足够的发射EIRP；4副天线，每副天线被配置为能够同时发射和接收信号；高隔离度的双工器，被配置为保证每一副天线均可同时用于发射和接收信号；其中在4副天线中进行选择，以及选择两台功放的输出功率，以分别进行多种距离范围内的测控通信。