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中俄欧航天局首次深空探测会谈达合作共识

行业上下游中国仪表网2013年10月11日 10:44人气:16276

  9月24日上午,中国国家航天局、欧洲空间局、俄罗斯联邦航天局首次三方会谈在京召开,三方就深空探测领域合作的相关事宜达成共识,并签署了会议纪要。工业和信息化部副部长、国家航天局局长马兴瑞主持会议。
  
  三方同意在火星探测领域就科学层面以及任务运行相互支持的合作进行探讨,从而为科学界获取更高的科学回报,并欢迎其他感兴趣的航天局参加;同意就其余感兴趣的深空探测目标的科学合作进行探讨。
  
  三方决定加强在深空探测领域的合作,建立每年举行一次的高层会谈机制;成立三方联合工作组,就包括火星在内的深空探测领域的合作制定行动计划,在2014年三方会谈前提交,进一步研究决策。
  
  深空探测是指脱离地球引力场,进入太阳系空间和宇宙空间的探测。主要有两方面的内容:一是对太阳系的各个行星进行深入探测,二是天文观测。深空探测意义重大,可以进一步解答地球如何起源与演变、行星和太阳系究竟是如何形成和演化、人类是不是宇宙中唯一的生命、地球的未来将如何等一系列问题,同时有利于人类积极开发和利用空间资源。
  
  尽管充满挑战和风险,尽管曾经遭遇失败,但人类探测深空的脚步不仅没有停止,反而在不断迈进,而且步伐还将越来越快。时至今日,人类共进行了122次月球探测、42次火星探测和40次金星探测。
  
  与先进国家相比,中国在科学认识及技术的系统性方面还存在较大差距。中国要想弥补这样的差距,首先要瞄准世界前沿,解决最重要的科学问题;其次要紧密结合我国的科学技术能力;此外一定要具有中国的创新特色,做一些别人没做过的有重大科学意义的事情。
  
  21世纪国外深空探测的关键技术主要包括各种新型轨道设计与计算机技术、机构与机构技术、热控技术、自主导航与控制技术、推进技术、能源技术、测控通信技术、综合电子技术、有效载荷技术、外星工作站建设技术以及运载运输系统技术和载人系统技术的等。
  
  自主导航与控制技术
  
  探测器智能自主导航控制技术,用智能自主技术使深空探测器能自主完成导航控制、数据处理、故障判断和部分重构与维修工作。如美国的深空l号探测器通过远程代理、自主导航、信标操作、自主软件测试和自动编码等技术途径充分实现了智能自主控制,这是21世纪开始单个航天器智能自主技术应用的最高水平。欧空局、俄罗斯、日本和印度在自主技术方面也都开展了研发工作。
  
  表面巡视探测器的导航与控制技术,主要包括自主导航定位、路径选择和控制技术。在月面和行星表面的复杂自然环境下定位难度很大,国外主要采用基于轨道图像、软着陆降落段图像和车载视觉系统图像的匹配定位、基于里程计的航位推算法、路标特征匹配法等实现局部定位。要在长距离导航中获得鲁棒性较好、精度较高的位置信息,应采用组合定位方法,并结合测角和测距技术。路径规划的效率直接影响控制的复杂程度和探测效率,月面巡视探测器采用基于多种敏感器信息融合的路径规划,实现自主运动和完成科学仪器操作。目前表面巡视探测器难以实现完全的自主控制,“基于人机交互的局部自主 遥操作”是实现探测器控制、科学仪器操作和提高探测效率的关键技术。此外,月面巡视探测器的驱动转向控制技术是实现能量优化控制的又一关键技术。由于月面巡视探测器在松软的月表环境下运动,存在严重的滑移和滑转,为适应地形,每个轮子的负载不同,因此需要最佳地协调轮子的驱动和转向,优化驱动效率。
  
  行星表面巡视探测器的最困难问题之一就是在困难地形上的机动性和自主通过以前未被描述过的环境的能力。2006年加拿大麦克唐纳•德特威勒联营有限公司(MDA)开展了行星表面巡视探测器的自主导航研究,其关键领域包括目视运动估测、自主路线编程和车辆定位。MDA负责设计的欧洲火星漫游车(ExoMars)方案,它能够在火星表面巡视数公里,由星上软件系统自动控制,采用光学敏感器导航,底盘的关键领域是运动和导航。
  
  测控通信技术
  
  深空跟踪测量与通信技术是探测活动成败的关键。它包括:在整个飞行过程中进行高精度跟踪测量,以准确确定轨道并进行轨道机动控制和状态监视:在达到目标后进行制动和入轨等操作;在探测过程中通过深空通信系统将操作指令发送给科学仪器,以控制其进行科学探测,并将所获取的科学探测数据传回地球。
  
  综合电子系统技术
  
  综合电子系统将深空探测器的遥测、遥控、自主控制和管理等功能综合在一个以微处理机为主的系统中。达到信息共享。关键技术包括嵌入式计算机系统技术、数据总线技术、大容量存储技术和微型元器件技术。发展方向是小型化和集成化。
  
  有效载荷技术
  
  深空探测器的有效载荷主要是各种探测仪器设备,根据探测目标(星)、科学任务、探测方式、探测飞行力式而各不相同。
  
  深空探测仪器基本上包括成像探测仪器:主要分为光学成像仪器(包括CCD立体相机、高分辨率电视摄像机、成像光谱仪等)、表面地形测绘和结构分析仪器(包括激光高度计等)。土壤与矿物分析仪器主要分为化学元素分析仪(包括x射线和γ射线光谱仪、中子谱仪等)、矿物分布分析仪(包括紫外一可见光一红外成像光谱仪(VIRTIS)等)。环境探测仪器:分为表面(与空间)环境测量分析仪(包括磁力计、等离子体成像仪、带电粒子光谱仪、等离子体分析仪、高能粒子与等离子体谱仪(EPPS))、大气探测仪器(用于具有大气层的金星、水星探测。包括无线电科学实验仪(RS))、重力场试验仪器(包括多普勒重力场试验仪器等)。今后深空探测仪器的主要发展趋势是:高性能(如高分辨率)、小型轻质化、高集成度、高可靠、长寿命。
  
  比如NASA“火星科学实验室”的阿尔法粒子x射线谱仪(APXS),APXS仪器具有来自“火星探路者”(MP)和“火星探测漫游车”(MER)二者的传统,用于确定土壤和岩石中的元素含量,这对于了解火星形成的地质过程至关重要。新型火星探测显微摄像仪,它可以表征水成岩。获得细小岩石特征以及碳酸盐一类物质的微小纹理的信息,还可以确定火星风化层中的微粒的形状和尺寸。
  
  未来国外深空探测应用的各类关键技术
  
  从应用的角度出发,深空探测关键技术可分为共性关键技术和用于各种探测目的地(目标星)以及特殊用途的专用技术两大类。
  
  共性关键技术,主要包括飞行轨道设计技术,重要结构技术。深空热控技术。深空测控通信技术,自主导航与控制技术。新型推进与能源技术。微小型化综合电子设备技术,以及多目标与组合探测技术。
  
  月球探测关键技术,主要包括月球轨道器、着陆器、月面巡视探测器及机器人技术,下降、着陆、巡视和上升导航与控制技术。火星探测关键技术,主要包括核推进与能源技术,火星着陆选址技术。火星着陆器、表面巡视探测器技术,远距离测控通信技术与激光通信技术。金星、水星等探测关键技术,主要包括行星借力飞行与气动减速技术。小天体探测关键技术,主要包括电推进技术和行星借力飞行技术。太阳与深空环境探测关键技术,主要包括太阳望远镜技术和天文探测器技术。载人深空探测关键技术。主要包括:新型重复使用运载器技术,模块化轨道交会对接组装技术,环境控制与生命保障技术,舱外活动及航天服技术,人员安全技术。月面与火星表面建站关键技术。主要包括:选址与布局技术。居住舱技术,表面运输技术,推进剂储存技术,原位资源利用技术。
  
        深空探测大事记


  1959年1月,前苏联发射的月球1号探测器从距离月球表面5000多千米处飞过,这是人类首颗抵达月球附近的探测器。1959年9月,月球2号飞抵月球并成功撞击了月球,是第一个到达月球的人类使者。1966年2月,月球9号成为首个在月球上实现软着陆的探测器。1970年9月,月球16号探测器成功完成了月面自动采样,并携带101克月球样品安全返回地球,使人类首次实现了月面自动采样并返回地球的探测活动。
  

 
  美国是目前惟一实现载人登月的国家,12名航天员分6批成功登上月球。1969年7月,3名美国航天员乘坐阿波罗11号飞船登月,将人类的足迹第一次印在月球上,并安全返回地球。美国1977年发射的旅行者1号是一艘无人太空探测器,曾到访过木星及土星,并第一次提供了它们卫星的高解析度清晰照片。作为目前离地球最远和飞行速度最快的人造飞行器,旅行者1号与其姊妹船旅行者2号携带的钚电池(核动力电池)将持续到2025年,它们将在电池耗尽后停止工作,但还会继续向着银河系中心前进。
  

 
  1978年和1985年两次和美国合作发射卫星探测哈雷彗星,1990年和美国联合实现“哈勃”太空望远镜升空、“尤利西斯”太阳探测器发射,1995年和美国共同发射“SOHO”太阳探测器,1997年和美国联合发射“卡西尼-惠更斯”土星及土卫六探测器……从合作开始的欧洲深空探测起点高,定位准,技术扎实,成功率高。积累经验后,欧洲开始独立操作一些深空探测项目,如2003年发射火星探测器“火星快车”,2004年发射“罗塞塔”彗星探测器,2005年发射“金星快车”探测器等。
  

 
  日本在2003年发射的“隼鸟”号小行星探测器,破天荒地取到了小行星样本,并于2010年返回地球。“隼鸟”号取得的成就包括:利用耗能低的离子引擎,电离氙气喷射提供动力,实现了长距离运行;近距离拍摄了小行星照片,研究了小行星结构,以及从小行星上抓取了岩土样本等。
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