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。     

月球Aristarchus地区的物质成分与岩石类型分布

月球Aristarchus地区是月球正面反照率最高的地区．它具有丰富的物质类型分布,包括月球最大规模的火成碎屑沉积物,非常年轻的Aristarchus撞击坑溅射物以及环绕Aristarchus高原的月海玄武岩分布,存在火山、撞击构造等地质作用,具有重要研究价值．本文利用来自嫦娥一号干涉成像光谱仪、ClementineUVVIS相机、LunarProspector伽马谱仪等月球探测数据,综合分析Aristarchus地区的元素分布状况、矿物与岩石光谱特征、岩石类型分布特征．研究表明,Aristarchus地区的光谱特征和物质类型极为丰富,包括火成碎屑沉积物、月海玄武岩、高地斜长岩、KREEP岩以及演化程度较高的碱性斜长岩等特殊岩石类型,为月球地质学研究中不可多得的案例区域,因而可作为我国探月工程三期（嫦娥五号或六号）月球取样返回候选地区之一．     

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。     

深空探测对我国地面测控站升级的需求?

我国近年建成的深空测控网可以对未来的火星探测任务和其他深空探测任务实现自主测量和控制,并且同时具备对深空探测器的微波测速测距和VLBI测量能力.遥远深空探测任务加大了微波信号在星-地链路之间的往返传输时间,改变了测控链路信号的上、下行路线几何构型,导致同一个天线系统难以对探测器同步完成上、下行链路的业务,是对目前地面测控通信能力的挑战.本文以典型的火星探测为例,分析了深空探测器的微波闭环跟踪测控对我国深空测控系统单站设备的升级需求,并对深空站相应的改造提出了建议:1)单站单一天线上、下行时分交替测控模式;2)利用设置了单一天线的多个深空测控站协同三程开环链路测控,实现对探测器的控制和遥测;3)采用DSN/JPL/NASA的方案,在每个深空测控站配置多套天线系统,全部天线共用台站时频资源实现单站闭环上、下行实时连续测控.     

（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．     

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.     

2022年空间科学与深空探测热点回眸

2022年世界空间科学和探索热点频现。按空间天文、日球层物理、行星科学、空间地球科学和微重力物理与空间生命科学五大领域,梳理了全球空间科学重要进展,韦布空间望远镜及其首批成果成为年度最大亮点;盘点了各国空间科学任务及其代表性成果,中国空间科学先导专项科学卫星系列以及探月工程“嫦娥五号”样品的研究突破令人瞩目。载人航天是空间科学与应用的重要平台,中国空间站建成引起世界关注。点评了各国的空间科学中长期规划和国家空间战略相关情况,展望了2023年即将发射升空的空间科学新任务。     

美国行星科学2023—2032年规划及启示

 《起源、世界和生命：2023—2032年行星科学和天体生物学》是美国科学院发布的第3份用于指导太阳系探索未来10年发展的战略规划文件（简称2023规划报告），涵盖科学探测任务、基础前沿研究和先进探测技术等，内容丰富前瞻，引起各界关注。该报告还首次包括了行星防御内容，新增了对空间科学人文和社会价值的阐述。本文解读了该报告的核心内容，指出它聚焦行星起源、太阳系天体（不含太阳）的结构和演化、生命和宜居性3大科学主题，建议美国新实施大中小型系列空间科学任务、继续推进既往2013规划报告推荐的在研任务，并力争在探寻太阳系地外生命前沿与交叉科学领先取得重大突破。     

GPS接收机在探月高速再入返回中的应用

在我国探月工程3期高速再入返回飞行任务中,惯性导航单元（IMU）为主要的导航敏感器.针对惯性器件误差累积特性引起测量误差恶化问题,提出了一种适用于高速再入返回场景、轻小型化、快速定位的GPS接收机,可与IMU数据融合实现轨道误差修正.飞行验证结果表明:GPS接收机在轨道高度4 911.3 km处实现首次定位,飞行过程中有效定位时间达16 min,两次穿越大气层中"黑障"区域.精度评估结果表明,GPS接收机位置均方根误差为3.67 m:速度均方根误差为0.19 m/s.该GPS接收机满足探月高速再入返回飞行任务要求,也可应用于中低轨道微小卫星和深空再入返回航天器.      

从月球背面到深邃宇宙——2018年太空探索主要进展评述

 2018年,人类在太空探索方面取得重要进展。中国“嫦娥四号”探测器成功登陆月球背面,着陆点位于南极艾特肯盆地的冯·卡门撞击坑,实现人类航天器首次登陆月球背面;之后,中国探月工程将在完成月球采样返回后,朝着建设月球科研站的方向前进。在火星探测方面,重点是回答火星上是否曾经有过适宜生命生存的环境及其持续时间,而中国的火星探测器已在研制中,将于下一发射窗口发射升空。在引力波探测方面,中国启动以地面观测为主的阿里原初引力波探测计划以及以空间观测为主的天琴计划和太极计划,有望在这一领域做出重要贡献。多信使探测宇宙、寻找太阳系外的宜居行星是天文和天体物理领域的研究前沿和热点领域,正在酝酿新的突破。     

嫦娥1号绕月探测——中国航天迈向深空

随着1994年的“克莱门汀”号和1998年的“月球勘探者”号月球探测器的发射成功和取得的新的科学发现,在21世纪初,世界各国相继宣布以月球和火星探测为中心的深空探测计划,掀起自阿波罗计划之后的第二次月球探测高潮。中国在卫星应用和载人航天取得突破性进展之后,适时开展月球探测,填补了中国在深空探测领域的空白。绕月探测工程的实施经历了长达10年的政治、经济、科技等方面的综合论证,于2004年初开始正式启动。2007年初,第一颗月球探测卫星——嫦娥1号的各项设施已经全部准备就绪,待命出厂,择机发射,以确保首发必成。嫦娥1号绕月探测卫星的科学目标包括绘制月球立体地图、探测月表物质成分、探测月壤厚度和探测地月空间环境等4项科学任务。     

国际基于立方星平台的空间科学发展态势及启示

 空间科学主要是基于航天器平台获取实验数据、实现科学发现的重大前沿基础研究。中国实施了"悟空""慧眼"等一批较大的科学卫星任务。阐述了国际上重要科学发现和成果，提出当前国际上已认识到立方星在空间探索与发现中的重要作用；总结了美欧等航天强国和机构已实施和论证的若干立方星科学探测计划及取得的有影响力的原创科学成果，以及中国立方星技术演示验证和商业航天已取得的进展；提出了中国空间科学界应进一步关注立方星的发展，利用立方星平台开展研究，与传统大中型空间科学卫星形成互补，增强并拓展相关领域的探测能力，有效降低任务难度并缩短研制周期，促进中国空间科学取得更多重大发现和突破。     

新疆奇台110米射电望远镜

计划在新疆奇台建设的110米射电望远镜(简称QTT)将位居国际一流大科学装置之列,成为世界最大的全向可转动射电望远镜.QTT在引力波探测、黑洞发现、恒星形成、星系起源等基础科学研究领域将发挥重要作用,并可发展应用于深空探测,如探月工程和火星、金星探测.QTT设计方案考虑多种科学目标的需求,其关键技术包括:大口径天线结构设计技术、天线主动面技术、大惯量机架精密伺服控制技术、超宽带馈源技术、低噪声放大器技术、多波束接收技术等.QTT关键技术的突破与应用,将促进我国信息、精密机械加工和自动控制等工程技术领域的发展.QTT各系统建设将以自主创新为主,通过国际合作引进和采用相关尖端技术完成.     

月球极区冻土模拟月壤钻进试验研究

月球极区已经发现水资源存在的证据,极区水资源的探测、采集与利用技术日益成为世界各国研究的热点。冻土是月球极区水资源存在的重要形式,对极区冻土实施采样返回作业是未来深空探测的重要任务内容。为满足未来冻土采样任务需求,在中国首次开展了冻土模拟月壤采样技术试验研究。基于探月三期模拟月壤制备基础,结合国内外极区冻土类月壤含水量探测与分析信息调研,进行不同含水量的冻土模拟月壤制备,开展钻取试验,初步总结冻土类模拟月壤钻进特性。通过试验得出结论,相较于高密实度的无水模拟月壤,冻土类月壤黏度更大,所需钻进力载更大,钻进过程排粉状态明显不同,需采用的钻进策略也有显著差别,样品形态因含水量不同呈现块状散体或柱状。试验获得了冻土模拟月壤钻进特性第一手资料,可支持后续冻土月壤采样技术深入研究。     

Exploration technology and development trend of Daqing Oilfield

Exploration for oil and deep gas in northern Songliao Basin,complex rift basin—Hailaer Basin,and Yi-Shu Graben in peripheral basin has technical challenge.Researches on supporting technology including seismic acquisition,processing and interpretation,logging and drilling are performed to establish high resolution 3D seismic technology for lithologic reservoir,deep volcanic rock and complex rift basin,reservoir evaluation and stimulation technology for low permeability reservoir,volcanic reservoir and complex rift reservoir,and drilling technology for deep volcanic rock,providing technical support for reserves increase in northern Songliao Basin,large gas reservoirs discovery in deep volcanic rock and exploration progress in complex rift basin.Next-step development trend of exploration technology is proposed to meet the demand of more technical challenges in the future.     

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。     

Balance between exploration and exploitation in genetic search

Genetic search plays an important role in Evolutionary Computation (EC). There are two important issues in the evolution process of the genetic search: exploration and exploitation. Exploration is the creation of population diversity by exploring the search space; exploitation is the reduction of the diversity by focusing on the individuals of higher fitness, or exploiting the fitness information (or knowledge) represented within the population. We theoretically analyze the impact of the genetic operators on the balance. In order to further explain the impact, some results of our research on ESs are showed. Finally we conclude that to make the algorithm more efficient, it is important to strike a balance between these two factors. Supported in part by the National Natural Science Foundation of China (No. 69635030) and Doctoral Programme Foundation of China, and National 863 High Technology Project of China Lin Hansheng: born in 1975, Master     

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。     

太空制造技术发展现状与展望

太空制造技术被世界各航天强国公认为是人类提升地外活动能力、开展深空探索任务的战略性关键技术之一,因而其也已成为世界主要航天强国最活跃的科学与应用前沿之一.空间站运营、月球基地建设、深空探测等任务对太空制造技术提出了更多的需求和更高的要求.特别是太空特有的长时微重力、强辐照、高真空等环境特点给太空制造技术带来了新的科学和工程问题.同时,太空任务中的特殊应用场景对制造精度、制造装置的功耗和尺寸及智能化等提出的要求也面临着技术挑战.本文概述了国内外太空制造的主要技术研究进展,着重介绍了基于高分子材料、复合材料、金属、陶瓷、生物等材料的太空制造技术发展,讨论了未来太空制造技术的几个主要方向和趋势,为我国太空制造技术领域的发展提供参考.     

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。