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     

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.     

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。     

无限风光在深空--记哈工大深空探测基础研究中心

随着美国"勇气"号、"机遇"号火星探测器的成功登陆火星,世界主要发达国家已纷纷启动了太空探测计划。在这场太空探测的热潮中,我国也在向太空步步逼近。作为我国太空研究的重镇,哈工大在这方面做出了重大贡献,向世人展现出自己的风采。……     

嫦娥奔月：深空探测第一步

10月24日,中国首颗月球探测卫星"嫦娥一号"由长征三号甲运载火箭搭载,在西昌卫星发射中心发射升空。这标志着我国探月工程迈出重要一步。以神话故事中奔月的仙女的名字命     

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。     

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。     

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。     

深空物质资源利用现状与展望

深空探测是国家综合实力的集中体现,已成为世界航天大国科技竞争的制高点。深空资源利用是国际深空探测的重要前沿方向。其中,深空物质资源的利用对于拓展人类生存空间具有极为深远的意义。介绍了深空资源的基本内涵,概述了深空资源利用的意义;以深空物质资源为研究对象,总结了星球挥发分开采利用、大气资源利用、矿产资源开采冶炼,以及星表原位制造建造等技术的国内外研究进展;展望了深空物质资源利用未来发展趋势,以期为后续研究工作提供参考。     

深空探测采样容器爆炸焊接工艺实验研究

针对深空探测采样容器爆炸焊接密封工艺,将圆柱形容器爆炸焊接简化为平板爆炸焊接,设计了几种密封工艺方案,进行了爆炸焊接实验,结合爆炸复合件强度拉伸试验和金相结果,确定了最佳工艺方案.研究结果表明,条型炸药作用下能得到相对应的条形焊接区域,且能很好地实现焊接-切割一次成型;确定的焊接工艺能实现严实密封.     

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。     

中国与俄罗斯加深载人航天与深空探测合作

中国和俄罗斯是除美国之外最具实力的两个航天大国。过去,美国国家航空航天局(NASA)是莫斯科的首选合作伙伴。而现在,许多俄罗斯航天业界人士将中国视为未来的主要伙伴。2020年12月2日,中俄总理举行第25次定期会晤后发表《联合公报》提出,两国将拓展卫星导航领域的长期合作,将就建立国际月球科研站推动开展互利合作。     

专题：“嫦娥”一号揭开中国深空探测的科学

自20世纪90年代以来,国际上新一轮月球探测的热潮,吸引了美国、日本、欧洲、中国、印度等航天大国的广泛积极的参与．这次探月热潮中,几乎所有的卫星任务都把重点放在了测月学方向．一方面通过对月球地形、重力以及关联内部结构的探测研究来揭示月球的演化历程,另一方面为进一步的月面着陆探测和建立月球基地开展准备工作．以绕、落、回三部曲为主线的中国月球探测简洁而完美地诠释了人类月球探测的这一路线规划．“嫦娥”一号绕月探测器工程在成功实现了华夏千年奔月梦想的同时,也以测月学为基本目标,为人类探月的远景设想奠基铺路．     

深空探测用数字开环多普勒技术初步研制及其在嫦娥一号探测任务中的应用

基于数字无线电技术, 开发了用于卫星视线方向速度测量的无线电开环多普勒测量方法和技术原理样机. 并在嫦娥一号卫星测轨任务中进行了观测试验, 利用卫星转发的S波段载波信号进行开环多普勒测量. 结果显示, 在1 s积分情况下, 嫦娥一号卫星的开环多普勒测量精度RMS达到3 mm/s（1σ）, 这已经与目前使用的USB （Unified S-Band, 统一S波段）测速数据的精度水平相当. 这个测量精度主要受制于上行站原子钟的短期稳定度. 进一步通过两站开环差分测量的办法, 可以有效地消除信号发射时的原子钟频率漂移和不稳定性, 使得测量精度RMS提高到1 mm/s （1σ）. 开环多普勒数据和差分数据已经开始尝试用于嫦娥一号卫星的定轨, 数据的精度评估和科学应用也将逐步展开. 这项技术的研制成功将对我国未来深空探测有重要的意义.     

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".     

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。     

2021年空间科学与深空探测热点回眸

 2021年全球空间科学探索与发现热点竞相涌现。聚焦非载人航天,按空间天文、日球层物理、行星科学、空间地球科学等学科领域,梳理了各国空间科学任务的年度重要代表性成果,并对多个空间天文、日球层和行星（含月球）深空探测任务的工程成就和科学回报进行了归纳,包括但不限于人类航天器首次进入太阳大气层、太空台风可能影响地球空间天气、20亿年前玄武岩样品完善月球演化历史、火星地震探测揭秘其内部结构、星际空间发现等离子体波发射、深空望远镜再绘银河系结构图等。面向未来,欧洲空间科学“远航2050”规划、美国科学院2020年代天文学10年调查等给出的战略研判令人关注。尤为重要的是中国空间科学持续走近世界舞台中央,“悟空”科学数据正式公开,“慧眼号”“嫦娥五号”等科学任务助力空间科学家再度产出一批世界级原创成果。     

开启星际探测新征程

介绍了太阳系边界3种定义(即以行星轨道为界、日球层顶为界和太阳引力范围为界)的内涵,阐述了行星际空间和星际空间的区别,探讨了太阳系边际探测的科学目标和关键科学问题,其中包括4个探测任务,即无人区探索、日球层全貌、大行星掠影及太阳系考古.     

“中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会”征文

中国宇航学会拟于2011年10月中、下旬在上海召开中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会。本次年会主题为我国探月工程、火星与小行星探测关系技术。征文范围:深空探测发展趋势与关键技术;深空探测科学目标与有效载荷;行星着陆探测