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深空探测的意见建议: 热度 1 x2t6j8 2018-11-3 09:19; 深空探测研究是面向国家战略需求的基础研究之一，而对近地小行星的探测是深空探测的重要内容之一，启动近地小行星软着陆研究，有助于利用近地小行星的天然航行去探测火星；有助于为在不久的将来开采近地小行星的珍稀矿产；有助于防止近地小行星撞击地球；有助于落实国家重大战略需求。对推动近地小行星的开发利用；加速航天技术创新；培植深空探测活力；扩展人类的生存和发展空间；助力我国挤身世界深空探测强国等方面都具有重要意义。启动近地小行星软着陆研究，是为了顺应和利用近地小行星天然航行的自然规律，敲开深空探测的方便之门，去执行更多的深空探测任务。我国的嫦娥二号已近距离探测过图塔蒂斯号小行星，只需按近地小行星软着陆的要求，将类似于嫦娥二号的航天器改进为近地小行星软着陆探测器，便可将这种具有软着陆功能的探测器与近地小行星边接近边伴飞，巧妙利用 95 ％以上的近地小行星重力小、或无重力、有磁性、运动速度慢至每秒约 3 至 10 千米的有利条件。在探测器与近地小行星伴飞过程中，选择恰当时机调整磁场极性与近地小行星的磁场极性相反，人为造成探测器与近地小行星相互吸引实施软着陆，着陆时探测器的着陆面采用叉状弹簧减震，或采用磁场间歇调节的同性相斥以减缓着陆冲力，达到探测器缓缓降落在近地小行星上。该软着陆法可避免“隼乌”号探测器历经几次调姿才着陆成功，险些未沾着“糸川”小行星；也可避免“菲莱” 号着陆器撞入“ 67P ”彗星时，反弹高达一公里，险些摔坏仪器的风险。若探测器对近地小行星软着陆成功，等于迈进了深空探测的方便之门。有利于开发利用近地小行星天然资源；有利于发现和筛选长 8 至 70 米，宽 3 至 20 米的适于远航的近地小行星，借这些近地小行星的天然航行，去实施我国的深空探测发展战略。而在具体操作中，且每实施一项都应待研制的探测器性能合格后才能执行，即成熟一项实施一项，稳扎稳打逐步推进。经研究在软着陆的基础上逐步实施的方案依次为：探测器在近地小行星上软着陆之后，应保持探测器与近地小行星的磁场异性相吸，使探测器牢牢粘在近地小行星表面防止漂浮。这时探测器即可用叉状腿和轮交替移动到合适位置，在近地小行星的尾部安装像飞机那样用于转变方向的尾翼，用于有太阳风流动空间调控尾翼改变近地小行星运动方向；而探测器与近地小行星若进入无太阳风空间，则将探测器发动机点火，驱动近地小行星改变方向。待各项技术成熟，即可发射载人探测器登陆近地小行星，由航天员通过对探测器的操控，驾驶近地小行星的运动，这是借近地小行星的天然航行去执行深空探测任务，是否能够成功的关键。到了航天员操纵探测器驾驶近地小行星的那一天，即可借近地小行星的天然航行，去探测火星、木卫三；可探明近地小行星的矿产，为开发某些近地小行星的珍稀矿产做准备；可操控有可能撞击地球的近地小行星离开地球而去，避免再发生 6500 万年前那样的灾难。待今后技术成熟，探测器可自取小行星的物质补充自身部分消耗，助力深空探测。比如：探测器可自动将冰融化水净化后供航天员饮用；将水电解的氧气补充密封仓耗氧；将水电解的氢气处理成发动机燃料，补充探测器远航的燃料需求。国外从 1959 年苏联探月开始，对深空探测的势头一直强劲不衰，先后有几个国家分别向月球、各大行星、甚至部分小行星及彗星发射了各式探测器，有的分别以逼近飞行、绕转飞行、硬着陆、软着陆、载人飞行，有的还自动照相、自动测量、采样带回等等。俄美两国的火星探测兴趣一直很浓，但因火星距离太远，大型探测器前往火星受到限制，美国已经开始考虑借小行星的天然航行去探测火星及其它空间活动。比如：前不久美国宣布实施 “小行星重定向任务” ，先利用无人航天器从一颗较大的小行星表面采集一块巨石，然后将其挪至月球附近供宇航员采样研究。此计划于２０１９年决定选择哪颗小行星为目标，２０２０年１２月发射无人航天器。抵达目标后，航天器将在小行星的“晕轨道”上绕转一年左右，选择并利用机械臂采集一块直径４米的巨石，然后将其推入到稳定的绕月轨道上。２０２５年，两名宇航员将乘坐“猎户座”飞船，前往探索这块巨石。他们以此开启太空飞行的新时代，为在2030年前后实现载人登陆火星，正积极筹划“小行星重定向任务”。可见，美国尚未研究出利用探测器与小行星磁场异性相吸实施软着陆的方案，而他们采用航天器抓取小行星的巨石，将其挪至月球附近有违天体运行规律，势必更难。在此关头，我国启动近地小行星软着陆研究，只要软着陆取得成功，我国的深空探测就迈出了关键性的一步，将助推我国挤身世界深空探测强国。; 个人分类: 空间开发|11363 次阅读|2 个评论

如流星划过土星的天际 —— Cassini 昨日谢幕: 等离子体科学 2017-9-16 13:46; 昨日，星际飞船 Cassini（卡西尼）高速掠过土星大气层，绚丽燃烧如流星划过天际。。。 2004年，宇航学会深空探测专业委员会在哈工大开成立大会。会议期间，卡西尼的探测器 Huygens（惠更斯）开启对 Titan（土卫六；土星最大卫星，与 Titanic 号一样，以希腊神话巨人 Titan 命名）的探测之旅。这应该是人类历史上第一次真正意思上的深空探测（月球毕竟近）。从那次会我也在空间科学的意义上与哈工大结缘。土星光环的卫星探测研究也开启了一个新的研究领域：尘埃等离子体物理。我有幸参与了其早期研究。今天尘埃等离子体物理研究也在回归空间科学和行星科学的领域。历史悄然流逝，唯有英名长存。。。转发： 20年，它的心跳，停止在那一秒..... https://mp.weixin.qq.com/s/jYNQuZN_alMIUHs32jyOMA; 个人分类: 燕园夜话|5321 次阅读|0 个评论

深空探测器接近段递归自适应滤波方法研究|《中国科学:信息科学》: sciencepress 2017-6-2 16:18; 深空探测是继卫星应用、载人航天之后航天技术发展的重要方向，也是一个国家综合国力的重要标志。目前深空探测器主要靠地球上的深空测控网进行遥测遥控。由于深空探测器距地球遥远、飞行速度快、运行时间长，地面测控在导航精度、实时性、覆盖性、可靠性等诸多均方面受到限制，因此自主导航已经成为国际上深空探测领域的重要研究方向。天文导航作为一种完全自主的导航方式已经被应用于深空一号、深度撞击等深空探测任务中，是深空探测器自主导航的研究热点之一。深空探测器从发射到入轨，要经历发射段、转移段、捕获段等多个阶段，而捕获段是其中至关重要的阶段。其导航精度和可靠性直接决定整个任务的成败。由于在捕获段，目标天体星历误差，质心提取误差等引起的量测误差随深空探测器与目标天体距离的快速变化而呈现时变特性，且误差统计特性难以确定，因此会导致深空探测器天文导航滤波器精度下降甚至发散。针对上述深空探测器捕获段天文导航量测模型噪声时变带来的精度下降问题，论文“ Recursive adaptive filter using current innovation for celestialnavigation during the Mars approach phase ” ( SCIENCE CHINA Information sciences 2017 第 3 期 ) 提出了一种基于当前时刻的新息来调节量测噪声误差方差阵（ R ）的递归自适应滤波方法。该方法通过将当前时刻的状态视为上一时刻的状态一步预测值和量测量的函数，利用最小二乘估计得到当前时刻状态的加权最小二乘估计值，进而根据贝叶斯理论得到基于当前时刻新息的调节因子值。该文以 1997 年 NASA 发射的探路者号探测器轨道为例，对所提自适应滤波方法进行了仿真分析，仿真结果表明深空探测器在捕获段的位置误差为 4km ，速度误差为 0.65m/s 可以满足捕获段的任务要求。此外，该文还将所提方法与传统的 UKF ， Sage-Husa 滤波，利用新息序列的自适应滤波方法的仿真结果进行了比较，结果显示与传统 UKF 相比，所提自适应滤波方法的位置精度提高 15% ；与 Sage-Husa 滤波结果相比，位置精度提高 6% ；与估计窗口值为 100 的利用新息序列的自适应滤波方法相比，位置精度提高 10% ，这表明在仅利用当前时刻的新息数据的基础上所提方法能有效抑制量测模型噪声时变对导航结果的影响。该研究得到了国家自然基金（ 61233005 ， 6150303 ），国家 973 计划项目（ 2014CB744202 ）的支持。更多详情请阅原文： Ning X, Li Z, Wu W, et al. Recursiveadaptive filter using current innovation for celestial navigation during theMars approach phase . SCIENCE CHINA. Information sciences. 2017, 60. 032205. doi:10.1007/s11432-016-0405-2 http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCIS/doi/10.1007/s11432-016-0405-2?slug=abstract; 个人分类: 《中国科学》论文|2931 次阅读|0 个评论

深空探测与开发: x2t6j8 2014-8-10 10:20; 地球孕育着我们人类，但是我们人类不能永远呆在孕育自己的摇篮里，人类应当为自己寻求更广阔的发展空间，去实现人类最美好的理想接力！为发现更多疆域辽阔、环境舒适的人类生存场所，勇敢地到深空中去！到人类未知的其他星球上去！自古以来，人类对深空就怀有强烈的好奇心和勇往直前的探索精神。从 1957 年 10 月 4 日，苏联的第一颗人造地球卫星上天开始，人类正一步一步的迈向深空。深空探测与开发是指人类到地球的引力场之外进行的探测与开发。随着航天技术的飞速发展，世界上几个航天大国对深空的探测热情与开发欲望逐年升温，我国的深空探测起步稍晚，但步伐迈得坚实。我国的嫦娥一号探测了月球，嫦娥二号探测月球后到达拉格郎日L2点，又对“图塔蒂斯”号小行星进行近距离探测，并继续向深空进发，有可能到达距地球一亿千米的远空。嫦娥三号在月面软着陆，与月球车相互拍照。今后，嫦娥四号将从月球取样返回地球。嫦娥五号将携月宫一号登月及宇航员驻月，建立我国的月球基地。世界上几个航天大国的深空探测活动涉及领域较多：苏联从1959年开始，先后发射月球探测卫星24颗，实现了环月飞行、拍摄图片、月面着陆。其中“月球”9号和“月球”16号两颗卫星分别在月面软着陆，放置了月球车，考察了月面，还分析了月面土壤成份。从1961年开始，苏联对金星进行探测，获知金星既热又干燥，没有生命迹象。金星大气由二氧化碳和氮气构成，含有少量水蒸气、酸、重金属。地表多为岩石，到处都是火山、熔岩平原、山脉和环型山。苏联还对火星进行了探测，发现火星是一个贫瘠、荒凉、布满环型山，时常有猛烈的沙尘暴，氧气很少，没有液态水的世界。1986年，苏联还探测了哈雷彗星。苏联解体后，俄罗斯继续空间探测。最近，俄罗斯航天局副局长沙维利耶夫说，俄罗斯准备在2016年和2018年进行火星探测，寻找火星上的生命迹象。此外，他表示：俄罗斯还将探测金星和木星。美国的深空探测活动最多：从1962年开始，美国发射了10颗“水手” 号卫星，“水手” 2 号卫星探测金星，获知金星表面温度高达482摄氏度。 “水手” 10 号探测水星，发现水星表面的多岩石山脉地貌。美国对火星探测热情很高，从开始“水手” 6 号和“水手” 7 号探测火星，没有发现火星上有生命迹象起，一直到最近“好奇” 号火星车对火星的探测，该火星车在火星表面行动灵活，获取了大量的火星第一手资料。美国的阿波罗航天器几次登月，其中1969年7月20日，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗走出阿波罗航天器登月舱，踏上月球表面，他说：“对于我个人来说，这是一小步，对于人类来说，这是一次巨大飞跃。” 美国还先后发射了 “伽利略” 号；“卡西尼” 号等行星探测卫星，获知小行星“伊达” 有一颗卫星“达克提尔” 绕转；拍摄到木星气态表面及大气旋涡，看到了木星也有光环，看到了木星的卫星很多及木卫一上的火山频发；拍摄到土星环的美景，看到土星有23颗卫星，看到了土卫六与地球有点相似，看到了土卫六的液态氮海洋，还看到了土卫六南极上空的甲烷云；拍摄到天王星的气态表面，发现天王星躺着自转；拍摄到海王星的气态表面呈蓝色，发现海王星有五条光环，八颗卫星。美国探测到小行星富含珍稀矿产，铁、镍含量高，有的小行星含金量高达80% 。具有诱人的开发远景，因此美国有人正在积极准备开发小行星，想采用标箭法穿刺小行星着陆，想尽多种办法实施小行星软着陆。用航天飞机运送小行星的铁、镍、金等矿产回地球。欧洲空间局除积极参与美国的深空探测活动外。1986年发射“乔托” 号卫星探测了哈雷彗星，积极参与了国际空间站的物资运输补给，还探测研究系外行星，同时准备近年登陆火星。印度的航天实力相当强，他的探测火星的航天卫星正在飞往火星的征途之中…… 日本1996年即参与国际空间站物质运送飞行，为深空探测积极做准备。日本的隼鸟号小行星探测器于2005年11月25日登陆糸川小行星采集样品，又于2010年6月13日深夜返回地球将样品带回。从以上简单列举的深空探测事实看：世界上几个航天大国，为了扩展人类生存和发展空间；为了开发小行星珍稀矿产资源；正在克服重重困难，勇往直前的到深空中去探测！深空探测的美好远景和重大科学意义正在向我们招手，为了实现我国持久发展战略，让我们携手为人类深空探测事业献力！; 个人分类: 空间开发|3469 次阅读|2 个评论

NASA 深空探测任务及通信系统简介: 热度 6 ailiyakong 2013-9-21 09:06; 介绍 NASA 已开展的深空探测任务。首先指标性的东西就不讲了，主要对探测任务、型号、系统组成的做介绍，首先简单介绍下深空通信的环境、通信系统设计的功能和关键问题；最后重点介绍 NASA 的探测任务。 1. 空间通信环境及关键因素深空环境下探测器之间的通信环境十分恶劣且复杂，有一些与近地轨道通信完全不同的特点。例如，月球上的温度最低可达 -183 ℃，最高可达 127 ℃，火星的最低温度为 -132 ℃，木星 -110 ℃。地形上与地球环境也存在巨大差别，例如月球的半径仅为地球的 0.27 ，较大的月球曲率，对电波的直线传播距离是一个限制；月球周围没有大气层的覆盖，电波在传播过程中不会因大气的折射发生弯曲，因此，不必考虑月球半径的等效因子；没有大气层覆盖的月表视距传播环境接近真空电波传输环境；实际的月表无线通信，由于收发两端的天线比较低，而且着陆区可能会存在一些岩石等物体，月表还会存在电波的反射等等。上述这些特殊的环境因素将对深空探测和通信产生重要影响，此外还要受到太阳活动（如太阳风、日冕）、宇宙背景噪声、热体噪声等因素的影响通信，在任何空间探测任务中都是至关重要的功能，起着支配性的作用。探测器一旦发射，探测器与地球之间的唯一联系就是通信系统。该系统以设计的误码率（可靠性、质量）和比特率（有效性、速度）负责向地面站传回科学探测数据、报告探测器的状态信息；同时发射控制命令以跟踪探测器，并控制探测器执行相应的操作。如果没有可靠有效的通信系统，任何一个成功的深空探测任务都是不可想象的。设计深空通信系统时，距离、重量、可靠性是需考虑的关键因素。 Ø 在设计深空探测的通信系统时，一个必须考虑的重要因素是遥远的传输距离。以旅行者探测器为例，现在该探测器距地球有 10 亿公里远，比最远的通信卫星还要远数千倍的距离，现在仍向地球传回数据并接受地面站的遥控。 Ø 通信系统的设计者来说，减少探测器的重量业是一个非常重要的问题。若考虑到能源供应、天线、以及其他必要设备和支持单元，探测器重量的深远影响就越发重要。 Ø 探测器通信系统的另一个重要挑战是有极其高的可靠性要求。一旦探测器发射，探测器上的设备若失效则无法修理，除非使用冗余设备（备份设备）。由于老化导致的设备退化、天线指向的不准确、轨迹的偏离虽然是可以预测的，但是设计者要能知道或者预测到老化的程度以便设计系统、工作方式、以及相应的数据分析操作流程。通信系统设计是工程领域中最精确、最先进的工作。 2. 火星探测系列火星科学实验室火星科学实验室（Mars Science Laboratory, MSL ）任务旨在火星表面建立一个可移动的科学实验室，用于分析火星表面生物特性、研究火星地理特征演化过程以及辐射频谱特性，并用于火星表面勘测。火星科学实验室将于美国东部时间 2011 年 11 月 25 日 10 点 25 分（北京时间 11 月 25 日 23 点 25 分）在卡纳维拉尔角空军基地发射，已于 2012 年 8 月 6 日 05:31 抵达火星。 MSL 任务共分为四个主要阶段，如表1.1 所示。表1.1 MSL 主要阶段任务发射后，在开始获取信息的任务阶段， X 波段将用于 TCM 、所有的巡航、一些 EDL 以及地表通信。中等增益天线被用于中程或近程漫游时的通信系统。表1.2 中所示为 MGA 射频特征参数。发射低通滤波去 RF 参数如表1.3 所示；着陆高增益天线 RF 特征参数如表1.4 所示。表1.2 MGA RF 特征参数表1.3发射滤波器 RF 特征参数表1.4 着陆 HGA RF 特征参数火星勘测轨道器火星勘测轨道器 (Mars Reconnaissance Orbiter, MRO) 是美国国家航空航天局的 2005 年火星探测计划之一。该计划的目的是将一颗侦察卫星送往火星，以实现对火星进行高分辨率详细考察，并且为今后的火星地表任务寻找适合的登陆地点，同时为这些任务提供高速的数据传递功能。火星勘测轨道器于 2005 年 8 月 12 日发射升空。它重约 2.1 吨，是美宇航局近 30 年来（截止到 2006 年）发射的最大、最复杂的火星探测飞船。它装载了 6 台主要的新型科学仪器，其探测和数据传输能力是以往火星探测器总和的 10 倍。火星勘测轨道器的主要任务包括三个方面：首先，是深入了解火星气候、火星表面演变历程以及水在这一历程中的作用；其次，是寻找曾经适应生命活动、甚至现在也可能有生命的水环境；第三，寻找未来人类登陆火星的地点。该系统中低增益天线（ LGA ）和高增益天线（ HGA ）的链路参数如表1.5 所示。表1.5 LGA 和 HGA 的天线链路参数 MRO发射机上携带2个具有相同功能的小型深空发射机（SDSTs），且每次仅有一个工作。 SDST负责跟踪上行链路的载波，从载波中解调指令，产生下行链路载波（可与上行链路频率相干或不相干），采用卷积编码，可产生不同的副载波频率，将遥测信号调制在副载波或直接调制在下行链路的载波，解调或调制转发测距信号，生成差分单向测距（DOR）信号。 MRO通信子系统中含有 3 个射频放大器， 2 个工作在 X 波段（每次仅有一个启用）， 1 个工作在 Ka 波段。计划中 TWTA PF （射频行波管放大器）在 X 波段的输出功率为 100W （发射前实测 102W ），在 Ka 波段的输出功率为 35W （实测 31W ）。每个行波管放大器（ TWTA ）都由两个主要部分：高压电源（ high-voltage power supply, HVPS ）和行波管，高压电源也称为电子功率变换器（ electronic power converter, EPC ）。双工器是一个无源器件，用于路由同时出现在天线上的， X 波段的发射与接收信号。双工器有三个端口：天线端、接收端和发射端。接收端和发射端的隔离确保了发射信号与接收信号在子系统中自相干扰。此外，双工器还能对发射信号的谐波进行有效的衰减。接收端的通频带中心频率是 7.183GHz ，允许天线所接收的上行链路信号通过，到达接收端。发射端的通频带中心频率是 8.139GHz ，允许行波管放大器输出的 X 波段信号通过，到达天线端口。 MRO 上所装载的 Electra 应答机是火星通信网络中的一个中继节点，为科学任务和工程数据的高速率传输提供了保证。 Electra 是 NASA 为航天任务开发的第一个可编程软件无线电接收机，目前适用于抑制载波和残留载波情况下的数字二相相移键控（ BPSK ）调制。该接收机设计得能够在 1kbps ~1Mbps 宽的数据速率范围内工作，对于导航多普勒跟踪能力必须适应高达 20kHz 的频率不确定性。除了有 16 个预设信道外， MRO 的 Electra 收发机具有在整个 390MH~150MHz 频段调整接收和发射频率的功能。因此，在该频带内的任何频率对组合都是可能的。在半双工的工作模式下，任何频率的配对都能正常的工作。在全双工的操作中，发射频率必须选择在 135MHz~150MHz 的范围内，接收频率必须选择在 390MHz~105MHz 的范围内。 Electra 没有内部时钟，其功能如表1.6 所示：表1.6 MRO/Electra 的模式功能和性能 Electra 收发机数字部分的功能如图 1.1。根据可编程特点，其主要数字部分（接收机和数字调制器）可分为可编程数字接收机前端处理单元、数据解调器和可编程数字调制器等部分。其中， Electra 接收机的前端处理单元又可细分为自动增益控制（ AGC ）、模 - 数转换器（ ADC ）和数字下变频器 / 抽取器；解调过程中的多种可编程单元包括频率捕获和载波恢复环，用于多普勒频率提取和符号时钟恢复。图1.1 Electra收发机结构框图火星探测漫游者火星探测漫游者（ Mars Exploration Rover, MER ）是美国国家航空航天局的 2003 年火星探测计划。这项计划的主要目的是将勇气号（ Spirit, MER-A ）和机遇号（ Opportunity, MER-B ）两辆火星车送往火星，任务目标是在岩石和土壤中搜寻水资源的线索。 MER 飞行阶段的主要通信任务分为以下三个阶段： (1) 巡航阶段：通过 X 波段上、下行链路与 DSN 跟踪基站进行通信； (2) EDL （进入、下降、着陆）阶段：抛弃巡航平台， MER 着陆器通过 X 波段下行链路与 DSN 通信，同时初始化与火星全球探勘者号轨道器之间的返回链路； (3) 地面阶段：着陆器打开并释放漫游者，漫游者将在数个火星日之后驶离。漫游者既可与 DSN 通信，也可与火星全球探勘者号 (MGS) 轨道器、 2001 火星奥赛号 (ODY) 轨道器、欧空局火星快车号 (MEX) 轨道器进行通信。注意 MER 既可以与深空网通信（ DSN ），也可以与 MGS/ODY/MEX 通信，因此有必要介绍下 MER 在各阶段是如何通信的。漫游者上的通信由 X 波段收发机（ SDST ）、固态功率放大器（ SSPA ）和 UHF 收发机实现。 (1) 巡航阶段： SDST 通过巡航器的低增益天线或中等增益天线进行通信； (2) EDL 阶段： X 波段系统通过整流罩上低增益天线向所期望的方向发射 MPSK 信号。着陆器一旦被分离出来，着陆器则开始利用漫游者上的低增益天线发射信号。同时，当着陆器到达地面时，挂载在底面的瓣状低增益天线也开始工作。漫游者每分钟在 RLGA 和 PLGA 间进行一次切换，以保证信号能被地球基站接收到。 (3) 地面任务阶段： X 波段收发机通过高增益天线或 RLGA 进行通信。采用 RLGA 时，漫游者的接收遥控指令的最低速率为 7.8125 bps ，传输遥测数据的最低速率为 10 bps 。而采用 HGA 时，根据地火距离，遥控指令的最高速率可达 2 kbps ，遥测数据的最高速率可达 28.8 kbps 。通信子系统可实现以下功能： (1) 接收来自 DSN 的 X 波段上行链路载波，该载中的遥控指令或测距信号可以是调制信号也可以是未调制信号； (2) 解调遥控指令和测距信号； (3) 辅助晶体振荡器根据上行链路载波频率和上下行链路载波频率转发比 880/719 产生 X 波段下行载波； (4) 对以下信号进行相位调制： 1）包含 25 kHz 或 375 kHz 方波子载波的相反遥测信号，即：对航电子系统数据进行 BPSK 调制； 2）导航调制：巡航阶段，从上行链路中解调出来的测距信号； SDST DOR 模块产生的一系列未调制信号。 (5) 允许遥控指令控制子系统选择信号通路和子系统的操作模式。该操作可以是通过地面基站直接控制，也可以是利用飞行器中预先装载的控制序列； (6) 提供状态遥测数据，便于监控子系统的操作状态； (7) 提供 RF 收发机的开关电源功能，用以节省电量； (8) 提供一个单向、明确的电源复位系统操作模式。在此状态下，地面站可在安全模式器间控制通信子系统。 UHF 通信系统除了 X 波段系统， UHF 同样也用于 EDL 阶段，特别是在着陆器分离时。随着着陆器分离，下降的 UHF 天线展开，以 8 kbps 的速度通信向 MGS 传输工程遥测数据，随即通过中继转向地球基站。在地面阶段， UHF 系统工作在中继模式，通过奥赛德和 MGS 轨道器中继系统传输信息。漫游者上采用 CMC 电子收发机的 UHF 系统，它与奥赛德上的收发机完全兼容。系统在传输、接收时的无线速率可达 8 、 32 、 128 或 256 kbps 。 UHF 收发机是 UHF 子系统的核心，它由 CMC 辛辛那提电子制造。相对于奥赛德号， MER 收发机的发射、接收频率与它的接收、发射频率相反，所以 MER 的收发机与 MGS 、奥赛德相兼容。火星环球探测器火星环球探测器是火星探测项目的一部分。该项目着重了解火星上的气候状况，确定火星是否产生过生命起源之前的化合物和生命，以及人类在探测到火星表面时能否识别有用的资源。关键目标是确定水资源的位置和状态。本项目的任务就是从轨道、火星表面及返回的样品中进行测量。火星环球探测器代表本项目主轨道的组成部分，总体上是为了收集大气、火星表面及内部动力学特征方面的信息。这些观察原计划在 1998 年开始，并持续一个火星年，一直持续到现在。该通信系统有以下几个组成部分： (1) 高增益天线（HGA）； (2) 低增益天线（LGA）； (3) 命令探测器单元（CDU）； (4) 行波管功率放大器（TWTA）； (5) 超稳定振荡器（USO）； (6) Ka波段链路实验（KaBLE）； 3. 木星探测伽利略号伽利略航天器是1989年通过航天飞机亚特兰蒂斯发射的，它的主要任务是研究木星系统。1991年10月，在巡航阶段的任务，伽利略飞船传来第一张小行星（Gaspra）的特写照片。在1991年7月，在巡航过程中，伽利略被用来观察碰撞的碎片与木星苏梅克-列维9号彗星。伽利略号的主要任务包括： (1) 穿过木星大气层，返回一个 “ 木星天气报告 ” ，包括木星的温度、压力、风、云和闪电的组成； (2) 初始轨道飞行器飞越木星卫星 Io 和通过 Io 圆环； (3) 进入木星轨道 (JOI) ；伽利略航天器的通信系统由四个硬件子系统组成： (1) 射频子系统 (RFS) ； (2) 调制解调子系统 (MDS) ； (3) S-X 波段天线 (SXA) 子系统； (4) S-X 波段下变频器 (XSDC) 。、伽利略通信系统为探测器提供：(a)上行载波跟踪和下行载波生成，(b)命令检测，(c)遥测编码和调制和，(d)放射通信与深空网络(DSN)。伽利略最初计划通过德国空间操作中心以及那些DSN的地面站来提供。在主要任务完成期间，天线阵列包括派克天线由澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)操作和控制。调制解调系统（MDS）包括2个遥测调制单元（TMU）和2个命令检测单元（CDU），这当中的一个CDU和TMU在一个时间内驱动，CDU负责检测（解调）命令数据的上行解码，TMU负责调制数据的下行传输。关键功能在CDU和TMU都有的一个很大数量的硬件和交叉捆绑的射频子系统当中。这两个CDU和TMU彼此之间是相同的。TMU和射频子系统励磁机完全交叉捆绑。同样的，CDU和射频系统接受机也是交叉捆绑的，TMU接收两个串行数据流从命令数据系统。TMU可以在22.5khz至360khz调节低位流或高速信号流的振荡器。TMU- B可以提供特征信号流至励磁机(TDRSS模式)。朱诺号朱诺（ Juno ）项目的主要任务是在木星极地轨道上装备一系列特殊的科学仪器，如远程传感、重力测量等，以掌握木星内部、大气和极地磁气圈等方面的特征，从而了解木星的起源与演变。朱诺号通信系统工作在 X 波段，进行双向通信、两路跟踪以及一路测距，同时也包括用于木星重力测量的 Ka 波段双向载波跟踪。朱诺号通信系统大部分工作在 DSN channel-6 的 X 波段， Ka 波段在 channel-5 。通信系统中 X 波段部分主要功能如下： (1) 从 DSM 接收 X 波段上行链路载波； (2) 产生 X 波段下行链路载波，转发比为 880/719 ； (3) 对下行链路载波进行相位调制； (4) 审核系统中的命令，如信号路径选择指令、系统工作模式等； (5) 为监控系统运行状态提供状态遥测技术； (6) 为 RF 发射机提供开关指令； (7) 漫游过程中使用的天线 FGLA 、 ALGA 、 MGA 、 HGA 和 TLGA ； (8) DSM 、 JOI 及 PRM 均使用 HGA 发射至 MGA 再到 TLGA ； (9) 在轨时，标定天线为 HGA 。朱诺号有两个不同类型的小型深空应答机（ SDST ）。 SDST 有四个模块构成：数字处理模块（ DPM ）、下变频模块、电源转换模块和激励模块。 DPM 主要为卷积编码、想激励器产生 X 波段基带遥测和测距信号以及将模拟信号转换输出到下变频器等功能服务。下变频模块将从地面站接收到的 7.153GHz RF 信号转变成中频（ IF ）信号，频率为四分之三的 F1 。在 SDST 术语中， F1 是指源自于上行和下行链路的基础频率。例如， X 波段下行链路频率是 880 倍 F1 ，上行链路是 719 倍 F1 。对于朱诺号来说， F1 大约是 9.55MHz 。压控振荡器的输出在 8 倍 F1 。这些信号将通过三个信道：指令信道、载波信道（用于上行载波跟踪）和测距信道朱诺号上共有 5 中通信天线，分别为高增益天线（ HGA ）、中等增益天线（ MGA ）、环形低增益天线（ LGA ）以及上行（ FLGA ）和后向（ ALGA ）低增益天线。朱诺号工作频段为 X 波段，通信系统接收频率为 7153.065585MHz ，发射频率为 8101.135802MHz 。 SDST 接收功能指标参数如表 1.7 所示。表 1.7 SDST 接收功能指标参数 SDST 接收参数功能要求接收信号最大功率-70 dBm （满足性能指标） +10 dBm （无损耗）载波环路门限带宽20±2 Hz （最大带宽 120Hz ，信噪比 100dB ） 50 ±5 Hz （接收机门限）噪声＜ 3.2 dB ， 25 ℃ 载波跟踪门限-157.7 dBm （典型环境） -155.0 dBm （最差情况）指令速率7.8125-1000 bps （ SDST 容量） 7.8125-2000 bps （运行时）遥测调制指数0-135 ° 4. 其他星际探测深度撞击号 “深度撞击”号（Deep Impact Flyby and Impactor）的目的是通过坦普尔 1 号彗星上的撞击坑来探索其内部结构。 SDST 为深度撞击号飞越探测器和 NASA 的深空网络提供遥控、遥测接口。飞越探测器上的两个 SDST 都工作在 DSN 的 29 信道，其上行链路中心频率为 7179.650161 ，下行链路中心频率为 8135.370371 。 SDST 是飞行器天线和 CCH 之间的功能接口。 X 波段上行链路信号由天线子系统接收，通过同轴传输开关和其他微波元件发送到 SDST 接收机。然后，接收机通过锁相环捕获、跟踪上行链路载波，并产生一个和上行链路载波相位相干的压控振荡信号。利用锁相环解调，将测距、测控信号从复合上行链路信号中解调出来。之后，测距信号被送到转发测距信道用于下行链路调制。而测控子载波经过解调，将控制命令送到位同步器进行数据抽取。当相干下行链路传输使能打开，且 SDST 接收机已锁定地面基站上行链路载波时，激励器利用接收机压控振荡器频率获得 X 波段下行链路载波。若相干无法实现或是接收机无法锁定载波，下行链路载波则由辅助振荡器代替生成。飞行器遥测子系统产生飞行器遥测信号，其中的混合遥测信号与转发测距信号或 DOR 将被一起调制到下行链路载波上。飞行器遥测数据在 SDST 中进行卷积或曼彻斯特编码，并将相位直接调制到 X 波段下行链路载波上。发射机采用通信协议实现快速信号捕获。首先在数字数据传输前 0.5 s 发送一个未调制的载波前同步码；在载波前同步码期间，接收机振荡器锁定载波频率；然后数字 QPSK 解调器相位锁定到载波。最差条件下接收机捕获总时间：速率为 16 kbps （通常 16 s ），若载波频偏少于± 12 kHz ，则少于 8 分钟；速率为 61 kbps （通常 8 s ），若载波频偏少于± 50 kHz ，则少于 2 分钟。深空 -1 号深空 -1 及其扩展任务是在 1998年10月21日开始的。DS1的主要任务用于验证12个新技术。DS1收集了大量的科学数据，科学照相机仪器记录了火星、木星和选定行星的图片和光谱。 DS1通信系统提供了X 波段上行线路和X/Ka 波段下行线路功能，可以通过 DSN处理所有DS1航天器与任务操作相关的射频通信。通信系统接收和解调上行指令，不管用X 波段、 Ka 波段下行线路或两者同时来传送科学和工程遥测数据，并提供使用X 波段上行线路和X或Ka 波段的下行线路的连贯的双向多普勒和测距功能。 SDST为航空电子系统综合电子模块(IEM)提供检测命令解码和一位锁/解锁指示器。IEM可以发送一个上电复位(POR)信号到SDST以激活继电器中断从SDST的航天器能源，持续3s ，然后恢复供电。SDST从IEM收到一个串行的遥测数据位流和一个时钟信号。输入从SDST X 波段励磁机获得的输入到XPA的射频功率数量是建立在“测试选择”(SIT)衰减器上的。同样，一个SIT衰减器建立KaPA的输入功率水平。一个6dB 被动耦合器连接这两个 z轴的LGAs ，当“LGAZs”选择在X 波段，LGAZ +和LGAZ—都同时工作。这意味着(下行)LGAZs被选中时两个天线射频能量辐射出去， 6 分贝耦合器发送LGAZ-能量的25%。 HGA比任何已有的LGA拥有一个更大的瞄准线增益，但也是一个更窄的模式。当飞船X轴可以保持在与接地线6度之内时，选择HGA(它比XLGA高15分贝的增益)。否则，该航天器命令或测序操作符合LGAX(符合+X轴)或系统的LGAZ+和LGAZ-(分别符合+z和-z轴， ) 。这三个LGA都有相同的模式的增益作为从瞄准线获得的角度的功能。因为SDST和每个天线不同的电路之间的损失， LGAZ+ 有一个有效的约低于LGAX 1.5dB的增益， LGAZ— 有低于LGAX大约7dB的增益。; 7534 次阅读|7 个评论

美国离子推进系统连续工作5年半创纪录: xiaguangqing 2013-7-17 09:25; 　　美国宇航局研制的先进离子推进火箭发动机可用于进行深空探索任务。这台发动机已经连续运转5年半，创造了一项新的世界纪录。它的测试时间是所有太空推进系统验证计划中最长的。　　这台发动机已经连续运转了超过4.8万个小时。它是一种太阳能电推进器，利用航天器的太阳能电池板产生的电量加速氙推进剂，速度可达到每小时9万英里（约合每小时14万公里）。　　这种太阳能电推进器利用电磁场加速氙离子产生推力，所用能量由太阳能电池板提供。这种发动机虽然所能产生的推力无法与化学燃料火箭相提并论，但由于效率更高，更适于深空探索任务。　　新浪科技讯北京时间7月2日消息，据国外媒体报道，美国宇航局的先进离子推进火箭发动机已经连续运转5年半之久，就此创造一项新的世界纪录。这台发动机是迄今为止所有太空推进系统验证计划中测试时间最长的。它是一种太阳能电推进器，可应用于一系列科学研究领域，其中就包括深空探索任务。　　目前，美国宇航局正在克利夫兰的格伦研究中心实施进化氙气推进器计划(以下简称NEXT，NASA Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) ion thruster) ，研制这种推进器便是其中的一部分。NEXT计划旨在研制新一代电推进系统，包括功率处理、推进剂管理和其他组件。凭借连续运转超过4.8万个小时，这台发动机创造了一项新纪录。不久后，这项已经持续数年的测试便将画上一个句号。　　NEXT项目首席研究员迈克尔-帕特森表示：“我们将在这个月底主动终止这项测试。这台推进器一直满负荷运转，寿命和性能已经超出了所有预想中的科学任务的要求。”这种高效发动机是进行深空探索任务的完美之选。它是一种太阳能电推进器，利用航天器的太阳能电池板产生的电量加速氙推进剂，速度可达到每小时9万英里(约合每小时14万公里)。这种推进方式的效能远远超过传统的化学燃料火箭发动机。　　在格伦研究中心的一个真空测试室进行的寿命测试过程中，这台发动机消耗了大约870公斤氙推进剂。这一数量听起来似乎很多，但所产生的总冲量却相当于1万多公斤常规火箭推进剂。这台接受测试的发动机的核心电离室在格伦研究中心制造，离子加速系统由加利福尼亚州的航空喷气发动机-洛克达因公司设计制造。　　洛克达因公司高级太空计划部门副总裁朱利-范-科莱克表示：“美国宇航局研制了新一代大功率大阳能电推进系统，将提高我们国家未来实施科学研究和人类太空探索任务的能力。”宇航局的小行星探索计划也将采用这种推进系统。这项计划旨在搜寻对地球构成潜在威胁的小行星，捕获其中威胁最大的小行星或者改变其飞行轨道。(孝文) http://tech.sina.com.cn/d/2013-07-02/10418500076.shtml （文中进行了适当修改，用红色字体标注）; 4454 次阅读|0 个评论

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标签: 深空探测

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