FAST在深空探测中的应用前景

FAST（Five hundred meters Aperture Spherical Telescope)拟利用贵州省的喀斯特洼地，建立世界上最大的500米口径的球面射电望远镜。主动反射面新概念的提出，实现了望远镜的宽频带和全偏振能力；馈源及支撑系统简化的方案，使FAST对天体和航天器的跟踪范围得到很大的补充。分析预研中的FAST的测控功能，并论证其在未来深空网（DSN）中的重要作用和地位及开展国际合作的可能性。     

表层穿透雷达在月球和深空探测中的应用

对月球以及更远天体或者空间环境的探测是人类航天活动的重要方向。开展月球和深空探测有利于研究太阳系起源、演化与现状,以及生命起源与演变等重大科学问题,有利于催生基础性、前瞻性的学科与技术。相比光学探测方法,雷达具有强穿透性、极化特性以及不受光照限制等优势,是探测天体特性的有效手段之一,在月球和深空探测中发挥了重要作用。电磁波能够穿透几米到几千米的次表层,可用于探测月球和深空目标的表层介电常数、次表层结构、电离层及水冰等。按照探测方式的不同,表层穿透雷达探测主要包括地基雷达、环绕器雷达及巡视器雷达3种方式。针对不同的科学目标,不同的探测方式具有各自的优势和不足。回顾了表层穿透雷达在月球、火星以及小行星等探测中的科学应用,总结了已经投入使用以及计划中的各种雷达科学载荷的探测任务、参数设计、工作原理和探测结果,展望了在未来利用表层穿透雷达进行月球和深空探测的发展趋势。     

主带小行星深空探测可接近性与多目标探测轨道的实现

小行星探测是当前深空探测的热点之一,探测目标的可接近性又是探测任务首先要解决的问题.根据直接转移轨道方式下太阳系中可以探测到的区域和小行星的空间分布,确认发射能量C_3=50 km~2/s~2的直接转移轨道,可以探测大部分主带小行星;使用少量的速度修正还能够实现多目标飞越任务.同时指出,这种多目标的飞越可以达到△V-EGA轨道方案中的深空机动同样的效果,经地球引力助推,以较小能量实现小行星伴飞或更遥远小行星的探测;据此提出了一个探测器先飞越多颗主带小行星,然后借助地球引力助推探测更遥远小行星的轨道设计方案,并给出了设计实例.     

木星探测轨道分析与设计

研究了与木星探测相关的轨道设计问题.重点关注木星探测轨道与火星、金星等类地行星探测轨道的不同及由此带来的轨道设计难点.首先分析了绕木星探测任务轨道的选择.建立近似模型讨论了向木星飞行需要借助多颗行星的多次引力辅助,对地木转移的多种行星引力辅助序列,使用粒子群算法搜索了2020年至2025年之间的燃料最省飞行方案并对比得到了向木星飞行较好的引力辅助方式为金星-地球-地球引力辅助.结合多任务探测,研究了航天器在飞向木星途中穿越主小行星带飞越探测小行星的轨道设计.最后,给出2023年发射完整的结合引力辅助与小行星多次飞越的木星探测轨道设计算例.     

深空探测助力小行星防御

关注新闻的天文爱好者时不时就会发现类似"某某小行星险些撞地球""某某小行星即将撞地球"这类的标题,除了被惊出一身冷汗之外,大家是否也会疑惑地球被撞击的风险竟然这么高?其实这些新闻有些很可能存在夸大和误传,往往还造成了不必要的恐慌。我们还是应该相信靠谱的新闻媒体,通过翔实、准确的数据去了解小行星撞击地球的风险。     

三角平动点在深空探测中的应用前景

与共线平动点不同,圆型限制性三体问题中的两个三角平动点在一定条件下,无论是线性意义下还是非线性意义下,都是稳定的,其附近存在着周期与拟周期轨道,在深空探测中有应用前景.该文首先简单介绍三角平动点附近运动的动力学特征,然后以日-(地+月)系和地-月系两个三体系统为例,进一步阐述真实引力模型下三角平动点附近的运动状态,最后以这两个三体系统为例,探讨了三角平动点探测器的发射和定点轨道控制问题.     

行星科学与深空探测（三）——太阳系小天体研究和行星深空探测的国际现状与发展趋势

小行星与慧星研究 小行星和彗星是45亿年前太阳系形成时遗留的原始残骸,包含着太阳系早期的物理和化学信息,对研究太阳系起源和行星系统形成具有重要科学意义,同时精密确定其轨道动力学演化又是目前空间环境和地球安全方面的重要现实需求。     

月球探测中的无动力返回轨道

首先在平面圆型限制性三体问题模型下给出了白道面内4种类型的对称无动力返回轨道,之后针对其中较实用的一种,考虑了其在白道面内的非对称情形,并探讨了其三维情形及近月、近地的轨道倾角限制.最后给出了地-月系真实引力模型下无动力返回轨道的设计方法和相应算例.     

深空探测天文自主导航技术综述

自主导航技术在提高深空探测器自主生存能力、减轻地面测控负担、完成探测任务特殊阶段导航等多方面具有明显的优势,已经成为世界各国研究的热点。我国火星探测工程已经启动,将来还有其他小行星、彗星和行星及其卫星的探测计划。详细阐述了发展天文自主导航技术的必要性,阐述天文导航技术的基本原理及优势,并对国内外深空天文自主导航技术以及应用情况进行概述,总结了发展天文自主导航的关键技术。根据分析提出我国发展深空探测自主导航技术的建议与思考。     

关于共线平动点的特征及其在深空探测中的应用

系统阐述了小天体运动对应的圆型限制性三体问题共线平动点的强不稳定性特征,以及其附近的条件周期轨道——晕轨道(Halo Orbit)的存在、相应解的构造。这种特殊的轨道形式和共线平动点附近的弱稳定走廊,可分别用于在深空特殊位置附近定点有各种科学探测目标的探测器和向节能轨道过渡的通道。     

Trajectory Analysis and Design for A Jupiter Exploration Mission

The trajectory design for a Jupiter exploration mission is investigated in this paper. The differences between the Jupiter exploration trajectory and the Mars or Venus exploration trajectory are mainly concerned about. Firstly, the selection of the Jupiter-centered orbit is analyzed based on the Galileo Jupiter mission. As for the Earth-Jupiter transfer orbit, the fuel consumption of the direct transfer is too large. So the energy-saving technologies such as the planetary gravity assist should be used for the trajectory to the Jupiter. The different sequences of planetary gravity assists are examined by applying the Particle Swarm Optimization (PSO). According to the searched result, the Venus-Earth-Earth sequence (VEEGA) is the most effective one for the Jupiter mission. During the Jupiter mission, the spacecraft will pass though the main asteroid belt between the orbits of Mars and Jupiter, and may encounter multiple asteroids. Therefore the Jupiter mission is able to combine with the main-belt asteroid flyby mission. The design method of the intermediate asteroid flyby trajectory is also considered. At last, an entire trajectory for the Jupiter mission launched in 2023 is presented.     

Accessibility of Main-belt Asteroids and Trajectory Design for Multi-target Exploration

The mission designed to explore asteroids has nowadays become a hot spot of deep space exploration, and the accessibility of the explored objects is the most important problem to make clear. The number of asteroids is large, and it needs an enormous quantity of calculations to evaluate the accessibility for all asteroids. In this paper, based on the direct transfer strategy, we have calculated the accessibility for the different regions of the solar system and compared it with the distribution of asteroids. It is found that most main-belt asteroids are accessible by the direct transfer orbit with the launch energy of C₃ = 50 km²/s², and that with an additional small velocity correction, the designed trajectory is able to realize the multi-target flyby mission. Such a kind of multi-target flyby can reach the same effect of the orbit manoeuvre in the ΔV-EGA trajectory scheme^[1,2]. Being assisted by the earth's gravity, the accompanying flight with asteroids or the exploration of more distant asteroids can be realized with a lower energy. In the end, as an example, a trajectory scheme is given, in which the probe flies by multiple main-belt asteroids at first, then with the assistance of the earth's gravity, it makes the accompanying flight to a more distant asteroid.     

一种载人小行星探测轨道优化设计方法

给出了一种基于变比冲核电推进载人飞船探测小行星的轨道优化设计方法.首先基于双脉冲单圈Lambert轨道转移,对地球出发段和返回段进行搜索剪枝,再从两个可行区域中优选最佳飞行路径.设定"推进-滑行-推进"的分段飞行策略,以工质消耗最少为指标,利用混合法优化核电推进飞行轨迹,最后以分段优化参数为初值,基于整体任务约束将全飞行过程转化为非线性优化问题,将各飞行段进行拼接,获得整体参数优化解,并给出了数值和图形结果.     

Collocation Integrator Lobbie in Orbital Dynamics Problems

Solar System Research - The paper investigates the efficiency of the new collocation integrator Lobbie, presented in (Avdyushev, 2020), in comparison with other integrators widely used in practice,...     

Venera-D: A Design of an Automatic Space Station for Venus Exploration

Solar System Research - The paper focuses on a future mission to Venus, Venera-D, which is presently at the stage of defining the scientific objectives and shaping the preliminary mission...     

飞行器近小行星轨道动力学的特点及研究意义

该文在介绍小行星及对其探测意义的基础上,以NEAR、Muses-C(Hayabusa)小行星探测器为例,重点分析了飞行器与小行星距离较近时(near asteroid)的动力学环境及其对环绕小行星飞行的飞行器设计的影响.并以旋转的二阶二次重力场和小行星Castalia为例,进一步阐述近小行星轨道动力学的一些特点和结论.此外,还给出了小行星探测的一些建议和设想.     

太阳系空间探测

综述了国际上进行太阳系空间探测的现状,着重介绍探测月球、火星、小行星和外行星的意义、目的、手段和成就。择要介绍美国宇航局（ＮＡＳＡ）、欧洲空间局（ＥＳＡ）、俄罗斯和日本近年来和下世纪初的空间计划。