载人探测小行星的目标星选择

小行星探测具有目标多样化的特点,通过对小行星的相关物理特性进行分析和归类,以及国内外研究情况,从探测任务的安全性、技术可行性和探测价值3个方面,讨论提出了适于我国开展载人探测的选星方法和原则;按照技术可行性由易至难,将候选星分为3类,分别提出了相应的约束条件和优选条件,筛选出候选星;根据部分目标星轨道设计结果,结合未来运载器的发展规划,对这3类小行星的探测任务特点进行了分析,给出了针对性建议,结果可为我国制定载人小行星探测的战略规划提供参考。     

载人小行星着陆探测模式设想

基于目前小行星探测技术特点,综述了当前国内外空间活动中两种典型探测模式,针对未来载人小行星着陆探测需求,提出了爬行式和基于小型机动操作载人飞船的两种探测模式,并对两种模式进行评价比较,基于小型机动操作载人飞船的探测模式具有机动性强、探测范围广、安全性高及对航天员操作能力要求低等特点,可为我国未来载人深空探测任务中微重力环境下星体表面作业方案设计提供参考。     

载人小行星探测飞行模式研究

小行星是载人深空探测的重要可选目的地之一,其丰富的探测与利用价值近年来备受各国的广泛关注。分析了载人小行星探测的任务特点,开展了近地组装发射、日地L2点停泊、地月平动点停泊的载人小行星探测飞行模式研究。载人小行星探测任务可选目标星多、任务周期长、飞行距离远,选择具有较好适应性的飞行模式是任务实施的先决条件。文章对不同飞行模式下的速度增量、任务时间、飞行器系统规模和推进剂选择进行了分析,最后进行了最优飞行模式选择。     

我国小行星探测发展思路及关键技术探讨

介绍了国外小行星探测的发展状况,指出小行星探测正从飞越和伴飞探测向表面软着陆取样返回探测发展,从无人探测向载人探测发展,向多目标探测以及与新技术验证相结合的发展趋势和特点。提出我国小行星探测应分4步走的发展规划和发展思路建议,并论述了小行星探测包括载人小行星探测需要解决的轨道设计、自主采样等关键技术。以上建议和研究可为我国制定小行星深空探测战略规划提供参考。     

“朗日点”上的载人深空前哨

2010年4月15日美国总统奥巴马在肯尼迪航天中心提出了新的航天政策,计划在2025年开始执行载人小行星探测任务。随后在2035年左右执行载人环绕火星任务。奥巴马的航天计划将使用SLS重型运载火箭发射MPCV多用途飞船,外加深空居住舱、低温推进级／电推推进级、多功能探索载具等部分。共同执行载人深空探索任务。     

猎户座飞船电子系统设计特点分析与启示

2014年12月5日猎户座飞船成功完成"探测飞行试验"任务,标志着美国NASA为实现载人火星探测迈出了关键一步。文章从分析猎户座飞船电子系统入手,总结了其高度灵活、可扩展、高可靠的设计目标,介绍了系统采用的分布式系统架构的设计特点及最终的实现方案;梳理了容错计算机系统、时间触发以太网和分时分区操作系统等关键技术的工作原理,并通过与传统实现方式的对比,分析了上述技术在系统中的应用优势。最后提出了发展建议,可为我国后续开展火星探测任务提供参考。     

载人近地小行星探测器系统质量减小途径探讨

为减小载人近地小行星探测器的系统质量,提出采用先期运送部分推进舱至小行星、可伸缩式舱体、发展核推进技术的3种技术途径。介绍了国内已有的载人近地小行星探测器的系统组成及其质量估算方法。在此基础上,结合一个载人登陆探测近地小行星的算例,给出了采用上述3种减小质量途径的载人探测器系统质量估算结果。对3种技术途径的探测器总质量减小效果进行了对比,对各技术途径的特点和难点进行了讨论。结果表明:3种技术途径均可有效地减小载人探测器系统的总质量,有助于提高载人近地小行星探测任务的可行性。     

核热推进载人火星探测方案设计

针对载人火星探测任务,结合我国现有技术基础,提出我国载人火星探测方案,重点研究载人火星探测任务推进系统的设计。首先,综合考虑载人深空探测任务的约束,采用Pork-Chop图设计了适用于不同任务场景的转移轨迹;然后,参考我国空间站技术,基于核热推进系统设计了我国载人火星探测任务的飞船;最后,对核热推进系统的发动机台数和推力进行了优化,得到了适用于不同任务场景的最优推进系统组合方案。本文所研究内容为我国未来载人火星探测任务提供了有益参考。     

“猎户座”载人飞船进行首次飞行试验

<正>联合发射联盟公司的德尔它4H重型运载火箭2014年12月5日在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军站发射了NASA首艘"猎户座"载人飞船,以开展一次短暂却很关键的不载人试验飞行任务。这次试飞任务称为"探测飞行试验"(EFT)1,旨在考核飞船一些关键系统,包括巨型防热罩、宇航电子设备、飞行软件和降落伞等,看是否适于未来的载人深空探测任务。按现行计划,该飞船接下来将分别在2018年和2021年由在研的"航天发射系统"(SLS)运载火箭发射,开展两次飞往月球空间的任务,但要到2021年的那次     

新一代载人飞船试验船发射成功 中国迈出探索浩瀚宇宙新一步

正由中国航天科技集团有限公司所属中国空间技术研究院自主研制的我国新一代载人飞船试验船在海南文昌发射场成功发射并顺利进入预定轨道,标志着中国载人航天工程迈出了探索浩瀚宇宙新的一步。新一代载人飞船是面向我国近地空间站运营、载人月球探测等任务需求而论证的新一代天地往返运输飞行器,具备高安全、高可靠、适应多任务和模块化设计特点,此次飞行试验任务将对新一代载人飞船高速再入返回防热、控制和群伞回收相关关键技术进行飞行验证,将夯实中国人更高效、安全、经济地开展有人参与的深空探测的坚实基础。     

Human exploration of near earth asteroids: Mission analysis for chemical and electric propulsion

This paper presents a mission analysis comparison of human missions to asteroids using two distinct architectures. The objective is to determine if either architecture can reduce launch mass with respect to the other, while not sacrificing other performance metrics such as mission duration. One architecture relies on chemical propulsion, the traditional workhorse of space exploration. The second combines chemical and electric propulsion into a hybrid architecture that attempts to utilize the strengths of each, namely the short flight times of chemical propulsion and the propellant efficiency of electric propulsion. The architectures are thoroughly detailed, and accessibility of the known asteroid population is determined for both. The most accessible asteroids are discussed in detail. Aspects such as mission abort scenarios and vehicle reusability are also discussed. Ultimately, it is determined that launch mass can be greatly reduced with the hybrid architecture, without a notable increase in mission duration. This demonstrates that significant performance improvements can be introduced to the next step of human space exploration with realistic electric propulsion system capabilities. This leads to immediate cost savings for human exploration and simultaneously opens a path of technology development that leads to technologies enabling access to even further destinations in the future.     

利用地月间空间站的载人登月飞行模式分析

为提高空间站利用率,降低载人登月任务成本,有效开发地月空间,研究了基于地月空间不同轨道空间站的载人登月飞行模式。首先对比直接往返登月飞行模式,对基于空间站的载人登月飞行模式进行任务分析,通过空间站将载人登月任务解耦为载人天地往返任务和登月任务两部分;其次通过轨道设计和稳定性分析提出考虑登月任务需求的地月间空间站可运行轨道和停泊点;最后建立一套飞行模式评价模型,从速度增量需求、飞行时间、空间环境、登月任务窗口、测控条件、交会对接技术难度、后续任务支持性和任务可靠性方面对6种不同位置空间站的登月飞行模式进行分析和定量评价。评价结果表明基于L2点Halo轨道空间站的载人登月飞行模式为更优飞行模式。     

美国小行星俘获任务及其启示

小行星俘获(ACR)任务是美国Keck空间研究中心发起的一项深空探测任务。该任务计划选定一颗近地小行星,通过口袋式抓捕系统对其实施抓捕,并于2025年左右将其带回近月空间。文章介绍了ACR任务的内容和系统设计,具体包括:航天器总体构型、抓捕分系统、探测识别分系统和控制与推进分系统;对小行星抓捕的目标探测与识别、旋转匹配、抓捕、消旋、轨道转移等核心操作。基于ACR任务,提出了空间目标俘获技术的需求与应用、抓捕航天器系统设计的启示;基于我国目前的技术研究情况,总结分析了发展空间目标俘获任务所需的关键技术,如大功率柔性太阳翼、长时间大范围轨道机动、目标探测与识别、快速机动、目标抓捕与消旋。     

行星着陆探测中的动力学与控制研究进展

着陆探测是获取行星特性和科学数据最直接、最有效的途径,也是目前技术难度最大、最为复杂的探测方式。在行星着陆探测过程中,动力学与控制是影响任务成败的关键因素之一。文章首先分析了行星着陆探测动力学与控制研究所面临的挑战与难题;然后,针对火星和小行星的着陆探测,重点分析了火星着陆进入段和下降段所涉及的动力学与控制,小行星附着探测动力学建模与制导控制的研究现状与关键问题;最后,提出了我国在行星着陆探测动力学与控制领域的未来重点发展方向。     

System design of the Hayabusa 2—Asteroid sample return mission to 1999 JU3

The Japan Aerospace Exploration Agency is currently developing the second asteroid sample return mission, designated as Hayabusa 2. Following the successful return of Hayabusa from the asteroid “Itokawa”, Hayabusa 2 is designed as a round-trip mission to the asteroid “1999 JU3”. The 1999 JU3 is a C-type asteroid, which is believed to contain organic matter and hydrated minerals. Thus, it is expected that successful sample collection will provide additional knowledge on the origin and evolution of the planets and, in particular, the origin of water and organic matter. The current mission scenario will enable the spacecraft to reach 1999 JU3 in the middle of 2018 and perform an asteroid proximity operation for 1.5 years. Three touch downs for sampling and one 2-m-class crater generation by means of a high-speed impact operation are planned during the asteroid proximity operation. The samples are to be brought back to the Earth by a re-entry capsule. The present paper describes the system design of Hayabusa 2, some key technical challenges of the mission, and the development status.     

载人月面着陆地形障碍探测与规避方案研究

月面地形障碍是影响载人着陆安全的关键因素之一,可能引起着陆器倾斜、结构损坏甚至倾覆。载人月面着陆除在总体任务规划时要选取平坦安全的着陆区外,还要进行实时在线的地形探测和障碍规避。文章对“阿波罗”计划和“星座”计划中的月面着陆飞行方案和飞行器进行调研,分析了载人月面着陆避障的任务要求和技术特点;结合着陆飞行任务,提出考虑避障的飞行方案,分为高速运动中的粗避障和接近悬停后的精避障两个阶段;考虑月面着陆飞行状态以及光照、月尘等外部环境,设计载人月面着陆时由激光高度计、多普勒激光雷达以及闪光激光雷达组成避障敏感器系统;提出载人避障机动方案,采用接近段中制导目标调整、机动段六自由度控制以及缓速下降段滚动姿态机动等方法,并引入了航天员目测以检查月面地形障碍、选择月面着陆点以及手控进行终端避障机动控制。     

小行星探测最优两脉冲交会轨道设计与分析

小行星探测已经成为新世纪深空探测的一个新热点和未来世界航天发展的一个新方向。转移轨道的设计和探测目标可接近性的分析是小行星探测的关键技术之一。现利用了任意两个非共面非共轴椭圆轨道之间的最优两脉冲转移方法，对我国提出的探测Ivar小行星的交会转移轨道进行了设计与分析，给出了全局最优两脉冲交会轨道的设计参数，并利用此方法对近地小行星的可接近性进行了分析和排序，给出了可接近性较好的40颗近地小行星的转移轨道设计参数。这些研究结果对于近地小行星探测任务的目标选择和发射机会的预测都有重要的参考价值。