2019年 第6卷 第1期
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2019, 6(1): 3-8.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.001
摘要:
首先介绍了行星保护的定义，然后回顾了国际行星保护政策的提出和演化过程，给出了当前国际行星保护政策针对不同目标和任务形式的最新要求，简要介绍了美、欧、日、俄和印度等世界各主要航天国家/机构在行星保护方面的管理制度和实施情况等发展现状，对行星保护实施过程中的主要技术途径进行了分析，最后介绍了行星保护领域的最新进展，并提出了思考和建议。
首先介绍了行星保护的定义，然后回顾了国际行星保护政策的提出和演化过程，给出了当前国际行星保护政策针对不同目标和任务形式的最新要求，简要介绍了美、欧、日、俄和印度等世界各主要航天国家/机构在行星保护方面的管理制度和实施情况等发展现状，对行星保护实施过程中的主要技术途径进行了分析，最后介绍了行星保护领域的最新进展，并提出了思考和建议。
2019, 6(1): 9-15.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.002
摘要:
行星保护是每一个开展深空探测的国家都要面对的问题，火星是太阳系里最可能存在地外生命的星球之一，也是行星保护的重点关注对象，在我国火星探测即将正式启动之际，对标国际上行星保护的政策、标准、技术和管理措施，对我国未来在火星探测中满足国际上行星保护的要求至关重要。主要回顾了行星保护的历史，国外在火星探测历史上行星保护正向防护所采取的措施，以及现代科学技术发展对行星保护正向防护相关技术的影响，并对我国未来火星及深空探测活动中应该采取的行星保护正向污染防护技术提出了建议。
行星保护是每一个开展深空探测的国家都要面对的问题，火星是太阳系里最可能存在地外生命的星球之一，也是行星保护的重点关注对象，在我国火星探测即将正式启动之际，对标国际上行星保护的政策、标准、技术和管理措施，对我国未来在火星探测中满足国际上行星保护的要求至关重要。主要回顾了行星保护的历史，国外在火星探测历史上行星保护正向防护所采取的措施，以及现代科学技术发展对行星保护正向防护相关技术的影响，并对我国未来火星及深空探测活动中应该采取的行星保护正向污染防护技术提出了建议。
2019, 6(1): 16-22.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.003
摘要:
随着人类空间探测范围的不断拓展，行星保护成为人类后续深空探测必须要面临的一个重要问题。从行星保护的概念入手，对其研究背景以及美国、欧洲、俄罗斯等国目前相关的研究进展做了简要介绍，涉及了政策制定、标准规范、污染防控、技术体系等各个方面。载人深空探测过程中各个环节都可能存在污染源，必须针对性地开展保护和防护技术研究；深入研究国际行星保护政策、法规和技术体系，对于我国后续开展相关研究具有很好的参考和借鉴意义。
随着人类空间探测范围的不断拓展，行星保护成为人类后续深空探测必须要面临的一个重要问题。从行星保护的概念入手，对其研究背景以及美国、欧洲、俄罗斯等国目前相关的研究进展做了简要介绍，涉及了政策制定、标准规范、污染防控、技术体系等各个方面。载人深空探测过程中各个环节都可能存在污染源，必须针对性地开展保护和防护技术研究；深入研究国际行星保护政策、法规和技术体系，对于我国后续开展相关研究具有很好的参考和借鉴意义。
2019, 6(1): 23-30.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.004
摘要:
行星保护是影响载人火星探索任务的重要问题之一。载人探测的行星保护包括3个方面，即防止来源于地球的微生物污染目标星球的正向污染防护、防止外来生物对地球的潜在危害的逆向污染防护，以及确保航天员的健康和安全。国际宇航界已经开始针对载人火星探测的行星保护制定政策法规和开展技术研讨。本文介绍了行星保护的定义和法理依据，简要回顾了美国国家航空航天局在“阿波罗登月”中的行星保护措施，并对未来载人火星探测中的主要污染物、污染途径以及污染防护策略进行了初步探讨。
行星保护是影响载人火星探索任务的重要问题之一。载人探测的行星保护包括3个方面，即防止来源于地球的微生物污染目标星球的正向污染防护、防止外来生物对地球的潜在危害的逆向污染防护，以及确保航天员的健康和安全。国际宇航界已经开始针对载人火星探测的行星保护制定政策法规和开展技术研讨。本文介绍了行星保护的定义和法理依据，简要回顾了美国国家航空航天局在“阿波罗登月”中的行星保护措施，并对未来载人火星探测中的主要污染物、污染途径以及污染防护策略进行了初步探讨。
2019, 6(1): 31-36.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.005
摘要:
空间站微生物严重滋生现象表明：在低剂量电离辐射（Low-Dose Ionizing Radiation，LDIR）环境下，微生物群落物种多样性水平大大增加，其机制目前尚不清楚。在前期调查和具体实验观测的基础上，本研究首次提出LDIR能够使微生物群落中的物种产生不同程度的生长延迟效应，从而减小了物种之间的竞争排斥，诱导并维持了微生物群落的物种多样性。本研究基于经典的Lotka-Volterra竞争模型，将生长延迟时间环节引入其中，得到LDIR下微生物群落的演替模型，在Matlab/Simulink平台上进行大规模的计算机仿真实验，获得LDIR下微生物多样性产生和维持的动力学机制，得到结果可为认识低剂量电离辐射环境下微生物群落的演替过程提供科学的理论依据。
空间站微生物严重滋生现象表明：在低剂量电离辐射（Low-Dose Ionizing Radiation，LDIR）环境下，微生物群落物种多样性水平大大增加，其机制目前尚不清楚。在前期调查和具体实验观测的基础上，本研究首次提出LDIR能够使微生物群落中的物种产生不同程度的生长延迟效应，从而减小了物种之间的竞争排斥，诱导并维持了微生物群落的物种多样性。本研究基于经典的Lotka-Volterra竞争模型，将生长延迟时间环节引入其中，得到LDIR下微生物群落的演替模型，在Matlab/Simulink平台上进行大规模的计算机仿真实验，获得LDIR下微生物多样性产生和维持的动力学机制，得到结果可为认识低剂量电离辐射环境下微生物群落的演替过程提供科学的理论依据。
2019, 6(1): 37-45.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.006
摘要:
由于航天员的参与，载人航天活动中难以避免微生物防护的问题，而航天器环境密闭、空间狭小，难以采用地面常用的喷洒一次性有机消毒剂、紫外线杀菌等方式进行微生物防护。通过采用无机抗菌剂，结合纳米技术和杂化结构耦合所产生的协同作用来获得综合性能优异的无机抗菌剂，并采用适当的技术将其应用到航天器上是一种可行的办法。通过热分解前驱体和还原金属离子的方法分别在T-ZnO和CNTs上杂化纳米银和纳米铜，获得了多尺度纳米杂化抗菌剂。采用表面涂覆、浸渍和挤压法及活化接枝的方法分别探究了纳米抗菌剂在铝合金、芳纶布和树脂等材料中的应用。3种基体材料经抗菌改性后对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抗菌率都可达到99.9%，对黑曲霉及其孢子的防霉等级都达到了0级，而且改性后的材料具有很好的耐老化、耐水性及良好的耐擦洗性能。该方法在深空探测活动中的微生物防护方面有很大发展前景。
由于航天员的参与，载人航天活动中难以避免微生物防护的问题，而航天器环境密闭、空间狭小，难以采用地面常用的喷洒一次性有机消毒剂、紫外线杀菌等方式进行微生物防护。通过采用无机抗菌剂，结合纳米技术和杂化结构耦合所产生的协同作用来获得综合性能优异的无机抗菌剂，并采用适当的技术将其应用到航天器上是一种可行的办法。通过热分解前驱体和还原金属离子的方法分别在T-ZnO和CNTs上杂化纳米银和纳米铜，获得了多尺度纳米杂化抗菌剂。采用表面涂覆、浸渍和挤压法及活化接枝的方法分别探究了纳米抗菌剂在铝合金、芳纶布和树脂等材料中的应用。3种基体材料经抗菌改性后对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抗菌率都可达到99.9%，对黑曲霉及其孢子的防霉等级都达到了0级，而且改性后的材料具有很好的耐老化、耐水性及良好的耐擦洗性能。该方法在深空探测活动中的微生物防护方面有很大发展前景。
2019, 6(1): 46-51.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.007
摘要:
目前，绝大多数的卫星系统都是按照分系统来设计的，这种方法的弊端在于分系统内部重复的功能模块对整星而言是冗余的。因此，为了摒除按照分系统设计的卫星系统缺点以提高系统可靠性，我们设计了一个全新的卫星系统，其基于学科功能链。按照学科功能链，我们将卫星系统划分为控制学科链、结构热学科链、电子学学科链、载荷学科链，显著提高了卫星系统的性能、可靠性和功能密度，同时有效降低了研制成本，缩短了研制周期。最终，基于学科链的卫星系统已成功应用于北斗导航全球系统的首发卫星上。本文阐述了基于学科链设计的核心思想和四个主要的学科链内涵。
目前，绝大多数的卫星系统都是按照分系统来设计的，这种方法的弊端在于分系统内部重复的功能模块对整星而言是冗余的。因此，为了摒除按照分系统设计的卫星系统缺点以提高系统可靠性，我们设计了一个全新的卫星系统，其基于学科功能链。按照学科功能链，我们将卫星系统划分为控制学科链、结构热学科链、电子学学科链、载荷学科链，显著提高了卫星系统的性能、可靠性和功能密度，同时有效降低了研制成本，缩短了研制周期。最终，基于学科链的卫星系统已成功应用于北斗导航全球系统的首发卫星上。本文阐述了基于学科链设计的核心思想和四个主要的学科链内涵。
2019, 6(1): 52-56.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.008
摘要:
地月L2点中继星环绕地月L2点飞行时，会经历由地球或月球遮挡太阳而产生的阴影，部分阴影时长较长，中继星进入长阴影，严重时会威胁卫星平台安全。基于月球背面软着陆探测工程目标和中继星绕飞地月L2点halo轨道特性，分析长阴影的分布特征，以及阴影时长与轨道相位、振幅、构型等因素的关系，进而对长阴影的规避方法和适用范围进行探讨。研究结果为地月L2点中继星长阴影问题提供了分析方法和应对方案。
地月L2点中继星环绕地月L2点飞行时，会经历由地球或月球遮挡太阳而产生的阴影，部分阴影时长较长，中继星进入长阴影，严重时会威胁卫星平台安全。基于月球背面软着陆探测工程目标和中继星绕飞地月L2点halo轨道特性，分析长阴影的分布特征，以及阴影时长与轨道相位、振幅、构型等因素的关系，进而对长阴影的规避方法和适用范围进行探讨。研究结果为地月L2点中继星长阴影问题提供了分析方法和应对方案。
2019, 6(1): 57-62.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.009
摘要:
针对月面综合钻进试验台模拟月壤利用率和试验效率低的问题，提出一种主动送土试验台的设计方案，满足月面钻采作业机具的取芯特性专项验证需求。该方案利用无轴螺旋作为模拟月壤传送的核心部件，采用集成料斗实现难流动物料连续送料的功能，通过无轴螺旋转动主动将模拟月壤垂直送入取芯机构，代替综合钻进试验台钻取月壤的作用，可以实现多种级配模拟月壤的定量和定压输送。为了验证设计参数的正确性，利用EDEM离散元分析模拟月壤输送特性，并开展了试验验证。结果表明：以无轴螺旋作为主动送土机构的核心单元，可实现主动送土试验台自主、高效率地进行模拟月壤输送模拟多种取芯工况，为工程部门钻采作业机具研制定型提供性能参数验证的依据。
针对月面综合钻进试验台模拟月壤利用率和试验效率低的问题，提出一种主动送土试验台的设计方案，满足月面钻采作业机具的取芯特性专项验证需求。该方案利用无轴螺旋作为模拟月壤传送的核心部件，采用集成料斗实现难流动物料连续送料的功能，通过无轴螺旋转动主动将模拟月壤垂直送入取芯机构，代替综合钻进试验台钻取月壤的作用，可以实现多种级配模拟月壤的定量和定压输送。为了验证设计参数的正确性，利用EDEM离散元分析模拟月壤输送特性，并开展了试验验证。结果表明：以无轴螺旋作为主动送土机构的核心单元，可实现主动送土试验台自主、高效率地进行模拟月壤输送模拟多种取芯工况，为工程部门钻采作业机具研制定型提供性能参数验证的依据。
2019, 6(1): 63-72.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.010
摘要:
近地小行星交会、绕飞、着陆与采样返回技术经过数10年的发展日趋成熟。美国的OSIRIS-Rex对C类小行星进行特征分析与采样，日本宇宙航空研究开发机构的“隼鸟-2号”任务目的是小行星深层采样。美国国家航空航天局（NASA）和欧洲空间局（ESA）的小行星探测任务开始转向行星防御领域。NASA的ARM（Asteroid Redirect Mission）计划是开展小行星抓捕与轨道重定向，ESA联合NASA提出了小行星撞击与偏转评估计划，拟对双星系统开展撞击实验，为行星防御提供技术积累。此外，行星资源公司和深空工业公司分别规划了小行星商业采矿的蓝图，并已开展相关的在轨技术验证。对近地小行星的探测历程进行了回顾，重点介绍了OSIRIS-Rex、“隼鸟-2号”、NASA和ESA的行星防御计划及小行星采矿公司的商业采矿战略规划，总结了未来开展行星防御与采矿的关键技术。
近地小行星交会、绕飞、着陆与采样返回技术经过数10年的发展日趋成熟。美国的OSIRIS-Rex对C类小行星进行特征分析与采样，日本宇宙航空研究开发机构的“隼鸟-2号”任务目的是小行星深层采样。美国国家航空航天局（NASA）和欧洲空间局（ESA）的小行星探测任务开始转向行星防御领域。NASA的ARM（Asteroid Redirect Mission）计划是开展小行星抓捕与轨道重定向，ESA联合NASA提出了小行星撞击与偏转评估计划，拟对双星系统开展撞击实验，为行星防御提供技术积累。此外，行星资源公司和深空工业公司分别规划了小行星商业采矿的蓝图，并已开展相关的在轨技术验证。对近地小行星的探测历程进行了回顾，重点介绍了OSIRIS-Rex、“隼鸟-2号”、NASA和ESA的行星防御计划及小行星采矿公司的商业采矿战略规划，总结了未来开展行星防御与采矿的关键技术。
2019, 6(1): 73-81.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.011
摘要:
小天体资源开发方兴未艾，为降低开发风险和成本，需要发射无人探测器交会观测多个待选目标小天体。传统多目标探测方案存在无法多次交会、成本高，周期长等不足。提出的低成本多小天体并行交会技术，能够对多小天体探测任务进行解耦，实现基于微纳飞行器的低成本多目标并行交会勘查，从而降低探测成本，缩短探测周期。该技术结合行星借力与不变流形机制构建了低能量星际转移方案。然后引入扰动流形思想，使微纳飞行器能够实现与目标小天体的快速交会。进一步，提出了一种多目标小天体探测全局搜索方法，该方法基于在日地halo轨道上停泊的微纳飞行器集群，逐次确定小天体探测目标，并利用上述方法完成了多微纳飞行器与多小天体的交会。数值仿真结果表明，该方案能够大幅度降低转移过程的燃料消耗，并缩短转移时间。
小天体资源开发方兴未艾，为降低开发风险和成本，需要发射无人探测器交会观测多个待选目标小天体。传统多目标探测方案存在无法多次交会、成本高，周期长等不足。提出的低成本多小天体并行交会技术，能够对多小天体探测任务进行解耦，实现基于微纳飞行器的低成本多目标并行交会勘查，从而降低探测成本，缩短探测周期。该技术结合行星借力与不变流形机制构建了低能量星际转移方案。然后引入扰动流形思想，使微纳飞行器能够实现与目标小天体的快速交会。进一步，提出了一种多目标小天体探测全局搜索方法，该方法基于在日地halo轨道上停泊的微纳飞行器集群，逐次确定小天体探测目标，并利用上述方法完成了多微纳飞行器与多小天体的交会。数值仿真结果表明，该方案能够大幅度降低转移过程的燃料消耗，并缩短转移时间。
2019, 6(1): 82-87.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.012
摘要:
针对深空探测中干涉测量微弱信号相关处理问题，提出了一种基于小波滤波的无线电干涉测量方法。首先，在小波相关滤波算法分析的基础上，提出了基于移位相关、逆序处理以及最高层小波系数阈值处理的改进算法；其次，分析并构建了深空探测宽带信号模型，并给出了基于小波相关滤波的无线电测量方案；最后通过蒙特卡洛仿真和实测数据处理证明小波相关滤波可以改善无线电干涉测量精度，其中同步卫星群时延估计精度改善约10%。
针对深空探测中干涉测量微弱信号相关处理问题，提出了一种基于小波滤波的无线电干涉测量方法。首先，在小波相关滤波算法分析的基础上，提出了基于移位相关、逆序处理以及最高层小波系数阈值处理的改进算法；其次，分析并构建了深空探测宽带信号模型，并给出了基于小波相关滤波的无线电测量方案；最后通过蒙特卡洛仿真和实测数据处理证明小波相关滤波可以改善无线电干涉测量精度，其中同步卫星群时延估计精度改善约10%。
2019, 6(1): 88-95.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.013
摘要:
太阳震荡可以在短时间内引起太阳光强度和光谱线心波长的剧烈变化，通过探测太阳光强度和光谱线心波长并记录时间，可以获得直接接收的太阳光到达时间和经天体反射的太阳光到达时间之间的时间延迟，可以利用时间延迟作为量测量提供航天器的位置信息。提出了一种基于太阳震荡时间延迟量测的自主天文导航方法；建立了基于时间延迟的隐式量测模型，并应用了IUKF方法。仿真结果表明：本文所提出的导航方法，应用在转移轨道上的位置误差和速度误差分别约为3.55 km和0.077 m/s，环绕轨道分别为1.76 km和1.57 m/s。同时也研究了3种因素对导航性能的影响。
太阳震荡可以在短时间内引起太阳光强度和光谱线心波长的剧烈变化，通过探测太阳光强度和光谱线心波长并记录时间，可以获得直接接收的太阳光到达时间和经天体反射的太阳光到达时间之间的时间延迟，可以利用时间延迟作为量测量提供航天器的位置信息。提出了一种基于太阳震荡时间延迟量测的自主天文导航方法；建立了基于时间延迟的隐式量测模型，并应用了IUKF方法。仿真结果表明：本文所提出的导航方法，应用在转移轨道上的位置误差和速度误差分别约为3.55 km和0.077 m/s，环绕轨道分别为1.76 km和1.57 m/s。同时也研究了3种因素对导航性能的影响。
2019, 6(1): 96-102.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.014
摘要:
以太阳风粒子、深空尘埃等为目标的采样返回探测任务是空间科学与深空探测研究的热点方向之一。对“星尘号”“起源号”两个典型采样返回探测器的构型进行了分析，并梳理了其主要构型特点。结合我国月地高速再入返回飞行器的构型特点，提出了一种深空粒子采样返回探测器构型的设想：总体构型由长方形主体和流线型返回器组成，主体构型适应于承载返回器和其他装器设备，返回器构型适应于样品收集和再入返回气动外形。设计方案采用了充气式采样器进行粒子收集，具有体积小、重量轻、折叠效率高、展开可靠、工程实施简单等特点，并采用了可重复收拢展开的太阳翼，能够适应收集不同类型深空粒子的需求。
以太阳风粒子、深空尘埃等为目标的采样返回探测任务是空间科学与深空探测研究的热点方向之一。对“星尘号”“起源号”两个典型采样返回探测器的构型进行了分析，并梳理了其主要构型特点。结合我国月地高速再入返回飞行器的构型特点，提出了一种深空粒子采样返回探测器构型的设想：总体构型由长方形主体和流线型返回器组成，主体构型适应于承载返回器和其他装器设备，返回器构型适应于样品收集和再入返回气动外形。设计方案采用了充气式采样器进行粒子收集，具有体积小、重量轻、折叠效率高、展开可靠、工程实施简单等特点，并采用了可重复收拢展开的太阳翼，能够适应收集不同类型深空粒子的需求。
