月球微波测速测距衍生的空间低频引力波探测新方法

在空间低频引力波探测技术中,使用地面跟踪站对深空探测器的高精度微波多普勒测量方法已经有40多年的发展历史.在嫦娥-3着陆探测延寿拓展任务中,使用自主研发的行星无线电接收机实现了亚毫周精度的月球微波测距技术验证.进一步使用X波段地-月测距原始测量数据检验了扣除地球大气抖动、电离层扰动、地面设备热噪声、地-月间行星际等离子体效应的更高测量精度的微波差分测距测速方法,并提出了用于嫦娥-4任务四程与双程差分高精度测量的方案,作为先导技术验证.在此基础上,结合月球着陆器和地-月L4/L5平动点通信导航卫星之间的微波链路,提出了一种10~(-17)-10~(-19)感度的差分四程链路的低频引力波空间微波探测的新概念方法,有机会比目前的深空多普勒链路感度提高1-3个量级.     

“新视野”号多普勒频率数据评估

NASA于2006年发射的"新视野"号探测器于2015年7月14日飞掠冥王星,借此机会,中国科学院国家天文台行星无线电科学研究团组选取我国上海佘山观测站和黑龙江佳木斯深空探测基地的两台60m级射电望远镜,开始了对"新视野"号下行信号的接收及后续分析处理研究工作.利用东南大学研制的无线电科学接收机在黑龙江佳木斯完成了测量工作,利用接收到的探测器多普勒信号对其精度进行了分析比较,并尝试了不同的处理方法.最后本文对我国设备的深空多普勒测量数据的分辨能力进行了评估.     

基于VLBI数据的深空探测器精密三向测速及应用

本文研究了深空探测器信号基于软件锁相环的三向多普勒测速技术及传播介质误差校正方法,完成了对中国VLBI网接收的嫦娥三号X波段测控主载波信号的三向多普勒测量,精度达到0.64mm/s.测量结果被成功用于嫦娥三号的联合定轨,距离与三向多普勒速度定轨后残差的均方差分别为0.41m与0.55mm/s.获得的星历与参考精密星历位置均方差为17m,速度均方差为17mm/s,在参考精密星历内符精度以内.该技术还被用于基于欧洲火星探测器MEX地面观测的行星际闪烁研究.在高、低太阳倾角下,测量的频率与相位与欧洲联合VLBI研究所的结果一致.测量结果明确反映出太阳风等离子物质对MEX测控信号频率与相位的影响.本方法将用于我国未来深空探测与无线电科学研究.     

系统可观测性理论与深空探测自主导航方法专题·编者按

近年来,我国月球及深空探测技术发展迅速. 2020年12月17日,随着嫦娥五号返回器携带1731克月壤返抵地球,历经16年我国圆满完成了探月工程"绕、落、回"三步走战略目标,也开启了后续深空探测的新篇章. 2021年2月24日,我国首个行星际探测器"天问一号"进入火星停泊轨道,经过近3个月的环绕探测后,于5月15日成功软着陆,在火星探测史上首次一步实现"绕、落、巡".     

中国火星探测器首亮相

<正>2019年10月11日,中国航天科技集团通过其官方微博首次公开了中国火星探测器实物照片。据深空探测首席科学家叶培建介绍,火星探测准备工作已就绪,火星探测器暂命名为"火星一号"。据了解,中国火星探测任务计划同时携带环绕器、着陆器和巡视器,即在一次火星探测过程中实现"绕""落""巡"三大任务。探测器发射升空后,先在地球附近加速,进入霍曼转移轨道,再在火星附近减速被火星捕获。由于通过霍曼转移轨道从地球轨     

火星探测器跟踪及VLBI测定轨分析

我国将于2020年首次发射由轨道器和火星车组成的火星探测器.火星探测器的跟踪及精密测定轨是完成工程任务和科学探测的前提.本文首先分析了火星探测器跟踪技术.然后在简述好奇号火星车VLBI观测频度和测定轨精度的基础上,以2020年7月发射的火星探测器为例,给出了深空机动、近火制动、平面机动、降轨前等关键测控弧段的太阳等离子体时延、各测站观测仰角等参数.分析了我国VLBI网对火星探测器的测定轨能力以及关键弧段的测定轨精度.用5 d的测距测速数据、测速测距+VLBI数据分别进行定轨并预报2 d至近火制动点,三维定轨误差(1σ,下同)由只用测速测距时的45.7 km降至18.8 km,近火点高度预报误差由28.2 km降至7.6 km,体现了VLBI在近火制动等关键测控弧段对定轨和轨道预报精度提高的贡献.在测距、测速和VLBI时延测量误差降低后,近火制动段定轨和预报误差会进一步降低.     

火星,我来啦

正当当当,好消息!7月23日12时41分,我国首个火星探测器升空,向遥远的火星进发。7月28日晚间,它传回一张地月合影……我国首次火星探测任务我国首次火星探测任务(行星探测工程天问一号任务)已经正式实施,这标志着我国深空探测踏上新的征程,意义非凡,鼓舞人心。今年7月,同期发射的还有美国"毅力"号火星车、阿联酋"希望"号火星探测器。3个国家之所以都选择这段时间,并非凑热闹,而是为了抓住最佳发射时机。     

测控通信网络可生存性建模与分析

测控通信系统是地面指控中心与深空探测器联系的纽带,为了保证探测任务的顺利完成,测控通信网络中使用了大量冗余设备,但不必要的设备冗余不仅不会增加网络的可靠性反而会使网络结构更加复杂,增加后期维护成本,造成资源浪费.针对深空测控通信网络提出一种基于韧性度的可生存性研究方法,同时在计算韧性度时使用了模拟退火粒子群算法并对其进行优化,降低了韧性度计算时的时间复杂度.通过对两种基本网络和一种深空探测信息网络进行仿真,验证了分析方法的有效性.     

2020年深空探测热点回眸

 2020年国际深空探测事业稳步推进。回顾了2020年世界深空探测的工程成就和科学产出，评述了中国探月工程嫦娥五号采样返回任务以及嫦娥四号/三号的成果产出，对比了美国、中国和阿联酋3个火星探测任务，围绕在轨的35个深空任务梳理了包括太阳探测和行星科学的多项科学发现，讨论了深空探测发展的环境因素特别是新冠疫情的影响，并展望了全球2021年即将实施的深空探测任务。     

深空探测与我国深空探测展望

对人类已经开展的深空探测活动进行了回顾，简介了近期已开展和未来5年内将要开展的深空探测任务，以及未来主要航天国家的深空探测规划，提出了未来我国开展深空探测应掌握和突破的关键技术；介绍了我国深空探测的现状，对绕月探测工程和嫦娥1号进行了简介，重点介绍了探月工程二、三期的思路和二期工程的立项论证情况和初步总体方案，同时简要叙述了正在论证中的中俄联合火星探测、夸父计划、硬X射线天文望远镜和空间太阳望远镜等项目的概况；给出了对我国未来深空探测发展方向的思考和展望。［关键词］ 深空探测；行星际探测；多目标多任务；中国探月工程     

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

1The Goals of Deep Space ExplorationThe deep space exploration is relative to nearearth space exploration.According to theWhitePaper on China’s Space Activities in2000[1],theexploration of space other than earth is presentcalled“Deep Space Exploration”in China.Thisconception is not unchangeable.It will evolvewith improvement of space technologies andcapabilities of mankind.Generally activities of human space can becategorized into three fields:Earth ApplicationSatellite,Manned Space…     

深空探测的现状、展望与建议

 回顾了人类深空探测的历史,探讨了人类深空探测的科学动机、技术挑战和可持续发展的路径,并对中国未来深空探测的发展提出了相关建议。     

我国小行星探测目标分析与电推进轨道设计

近几年,世界各航天大国陆续实施了小行星探测计划.近地小行星也是我国下一步深空探测的重要目标,国内航天相关单位正在积极开展近地小行星探测的前期任务论证与规划工作.以此为背景,研究了电推进方式探测近地小行星的目标选择与轨道设计问题.首先分析了近地小行星探测的科学和技术目标,结合我国技术水平的发展现状,给出了6颗适合作为探测目标的近地小行星.搜索了2016年至2020年之间探测每颗可能目标的发射窗口.为了增加探测任务的科学回报,特别关注了多目标、多任务的近地小行星探测,推荐了一次探测多个有价值目标的可行多任务探测方案：Earth出发-Nereus飞越-Apophis飞越-1999JU3交会.基于脉冲估算结果设计电推进轨道,将中途多任务探测作为内点约束整体优化小推力转移轨道,采用间接法求解燃料最优控制问题得到了小推力的最优轨迹.最后给出了推荐方案的详细飞行程序.     

2018年深空探测热点回眸

 深空探测指人类航天器离开近地轨道、进入太阳系空间和宇宙空间，对地球以外天体（月球及以远天体）或空间环境开展的科学探测。2018年，国际深空探测叠彩纷呈：中国“嫦娥四号”成功实现国际首次月球背面软着陆并将开展巡视勘察；美国“洞察号”探测器登陆火星；向太阳系空间进发，朝向日心方向，欧洲空间局和日本合作研制的BeipiColombo探测器正飞向水星、美国“帕克号”探测器开启“史诗级”旅行去“触摸太阳”，远离日心方向，“新视野号”成功飞掠柯伊伯带的小行星“天涯海角”、“旅行者2号”突破日球层顶；美国“奥西里斯-REx”和日本“隼鸟2号”顺利抵达各自目标小行星执行采样任务。2018年，月球表面存在水冰、火星发现有机分子、太阳系边际再抵近等发现或突破对于探寻生命起源、太阳系起源和演化，拓展人类知识体系具有重要意义。     

（Ⅲ）m=0类二次系统的极限环问题，（Ⅰ）

彗星的空间探测是当代前沿课题．本文首先概述彗星的主要研究结果．彗星的本体是不大的‘脏雪球’彗核；随着接近太阳，其表面冰升华并带出尘埃而形成彗发，发生复杂的物理-化学过程；太阳辐射压和太阳风推斥彗发的尘埃和离子而形成彗尾；彗星尘散失在轨道附近而成为流星群．虽然地面观测到彗发和彗尾的丰富资料，但对彗核却了解甚少，需要发射飞船进行空间探测；接着，从探测彗核的真实性质、采集彗星样品分析成分、探索彗星活动和机制、彗星的有机物与生命起源、彗星-地球关系、太阳系起源和演化线索几方面阐述彗星的空间探测的科学意义；然后，综述彗星空间探测的一些计划进展情况，总结彗星空间探测的重要成果；最后，讨论未来的彗星空间探测的科学目标，包括高轨卫星采集彗星尘、搜寻近地小彗星、搜寻未知彗星、发射更优秀飞船探测不同彗星．     

2019年深空探测热点回眸

 深空探测是空间科学探索与发现的重要方式之一。2019年全球在轨工作的深空探测任务有29个，皆为非载人航天任务，主要开展了月球、火星和小行星等的探测、深空太阳观测及日-地L1点空间天气监测和L2点空间天文观测。在纪念人类登月50周年之际，美国加快推动重返月球的阿尔忒弥斯计划，中国嫦娥四号任务着陆器和玉兔二号月球车对月球背面的就位探测和巡视勘察陆续产出一批国际关注的科学成果。美国新视野号任务飞掠柯伊伯带小天体“2014 MU69”的首个科学成果揭示了该“接触双星系统”的发展、地质与构成。日本隼鸟二号任务完成对“龙宫”小行星的两次采样探测、启程返回地球。除了“史诗级”的太阳探测帕克号任务，被“遗忘”在L1点的多个超期服役的空间天气监测科学任务如SOHO、WIND等表现依然稳定和出色。2020年，人类将迎来探测火星的新发射窗口，中国、美国和欧洲等即将实施的多个火星任务引人注目。     

双H型比相测向天线的测向精度研究

本文简述了通信对抗中用来精确、快速测定无线电电台方位的测向天线的原理，建立了双Ｈ型比相测向天线的相位方向性函数和幅度方向性函数，用数值计算分析了天线之间的互耦与测向精度的关系；理论结果为实验数据提供了理论依据，同时也找到了提高测向精度的途径，在研制此类天线中有其参考价值．     

深空探测天线快速扫描方法

针对深空探测中地面站的窄波束天线对深空探测器的捕获问题,提出了在粗轨道预报情况下集馈源阵列电波束扫描和反射面机械扫描于一体的多波束-螺旋快速扫描方法。该方法将馈源阵列布置在反射面的焦平面进行馈电,利用物理光学法对每个馈源激励反射面产生的次级远场方向图进行计算、分析,应用共轭场匹配技术在一定空域同时形成多个正交电扫波束,结合天线反射面的螺旋机械扫描对指定空域进行搜索。最后,对提出的多波束-螺旋扫描捕获方法与传统螺旋扫描方法的性能进行比较分析,结果表明:利用阵列馈电的多波束反射面天线具有更广的可视范围,在更短时间内完成对指定空域的搜索,实现对深空探测器的捕获的同时获得了阵列增益,使更远的深空探测成为可能。     

月球探测的进展与我国月球探测的科学目标

在简述月球探测的历程与趋势的基础上,强调当代月球探测的总体目标为：(1)研究月球与地月系的起源和演化,特别是月球大气层与磁场的消失,矿物与岩石的分布和形成环境、月壤和内部层圈结构的形成以及月球演化的历程;(2)探测月球的资源、能源和特殊环境的开发利用及对人类社会长期可持续发展的支撑。我国不载人月球探测划分为绕、落及回三个阶段。为了全球性、整体性重新认识月球,绕月卫星探测的科学目标为获取全月面三维影像,探测14种有用元素的全球分布与丰度,探测月壤厚度并估算^3He资源量以及太阳活动对空间环境的影响。“落”为月球探测器软着陆就位探测和月球车巡视探测,建立月基光学、低频射电和极紫外天文观测平台。“回”为月球探测器软着陆就位探测和取样返回地面。