2020年 第7卷 第1期
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2020, 7(1): 3-10.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20191230001
摘要:
我国空间引力波探测“太极计划”将打开中低频段（0.1 mHz～1 Hz）的引力波观测窗口，为人类研究宇宙起源与演化、黑洞起源与演化、引力本质、暗能量和暗物质等提供全新的方法和手段。由于空间引力波探测涉及一系列关键技术，太极计划提出了“单星”“双星”和“三星”3步走的发展路线图。目前“单星”计划——“太极1号”发射成功，并圆满完成了第一阶段的在轨测试。本文将简要介绍空间引力波探测的科学价值、国内外背景和关键技术分解，重点对太极计划及其3步走发展规划进行分析，并提出后续工作的一些设想和发展建议。
我国空间引力波探测“太极计划”将打开中低频段（0.1 mHz～1 Hz）的引力波观测窗口，为人类研究宇宙起源与演化、黑洞起源与演化、引力本质、暗能量和暗物质等提供全新的方法和手段。由于空间引力波探测涉及一系列关键技术，太极计划提出了“单星”“双星”和“三星”3步走的发展路线图。目前“单星”计划——“太极1号”发射成功，并圆满完成了第一阶段的在轨测试。本文将简要介绍空间引力波探测的科学价值、国内外背景和关键技术分解，重点对太极计划及其3步走发展规划进行分析，并提出后续工作的一些设想和发展建议。
2020, 7(1): 11-23.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20190916001
摘要:
面对深空探测远距离、极端环境等带来的一系列挑战，人工智能技术将成为以月球/行星驻留科学探测与资源开发利用为主体的未来深空探测任务的研究重点。在总结分析深空探测人工智能技术发展历程与态势的基础上，分析了深空探测人工智能技术的主要特点，并提出了需重点发展的关键技术。
面对深空探测远距离、极端环境等带来的一系列挑战，人工智能技术将成为以月球/行星驻留科学探测与资源开发利用为主体的未来深空探测任务的研究重点。在总结分析深空探测人工智能技术发展历程与态势的基础上，分析了深空探测人工智能技术的主要特点，并提出了需重点发展的关键技术。
2020, 7(1): 24-34.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200002
摘要:
先进电源技术是保障深空探测任务顺利进行的前提和基础。在梳理我国后续深空探测任务（月球极区探测、小天体探测、火星探测、木星探测等）对电源系统需求的基础上，对涉及空间应用的电源技术（化学能、太阳能、同位素及空间核反应堆电源）进行概述；针对深空探测对电源系统的需求特点，分别阐述了锂离子蓄电池、太阳能电源、钚-238放射性同位素电源和空间堆核反应电源的特点、发展简史、在深空探测中应用限制及发展建议，重点分析了钚-238同位素电源和空间核反应堆电源技术的关键技术、应用情况及应用前景，为深空探测先进电源技术的长足发展提供参考。
先进电源技术是保障深空探测任务顺利进行的前提和基础。在梳理我国后续深空探测任务（月球极区探测、小天体探测、火星探测、木星探测等）对电源系统需求的基础上，对涉及空间应用的电源技术（化学能、太阳能、同位素及空间核反应堆电源）进行概述；针对深空探测对电源系统的需求特点，分别阐述了锂离子蓄电池、太阳能电源、钚-238放射性同位素电源和空间堆核反应电源的特点、发展简史、在深空探测中应用限制及发展建议，重点分析了钚-238同位素电源和空间核反应堆电源技术的关键技术、应用情况及应用前景，为深空探测先进电源技术的长足发展提供参考。
2020, 7(1): 35-40.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20190712001
摘要:
针对我国后续月球极区探测、小天体探测、火星探测、木星系探测深空探测重点任务，在梳理分析每个探测任务约束的基础上，提出电源系统的具体需求；对上述4个方向的深空探测任务的电源系统需求进行归纳总结，提出我国后续深空探测任务的电源系统主要发展建议，具体包括宽温度和光强适应性、抗辐照的太阳电池阵，轻小型智能化的电源控制装置，高功率密度的电源系统MPPT拓扑；最后对同位素温差发电技术进行了发展展望，为后续深空探测电源系统研究和设计提供参考。
针对我国后续月球极区探测、小天体探测、火星探测、木星系探测深空探测重点任务，在梳理分析每个探测任务约束的基础上，提出电源系统的具体需求；对上述4个方向的深空探测任务的电源系统需求进行归纳总结，提出我国后续深空探测任务的电源系统主要发展建议，具体包括宽温度和光强适应性、抗辐照的太阳电池阵，轻小型智能化的电源控制装置，高功率密度的电源系统MPPT拓扑；最后对同位素温差发电技术进行了发展展望，为后续深空探测电源系统研究和设计提供参考。
2020, 7(1): 41-46.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20191101003
摘要:
随着近年来月球探测的推进，深空探测的论证，针对深空探测对太阳电池阵低温度、低光强、强辐射等环境的技术需求，以火星探测和木星探测太阳电池阵设计分析为例，通过任务环境特点分析，给出了特殊服役环境下太阳电池选型方法，方阵设计与验证建议，对国内深空探测太阳电池阵设计具有一定参考意义。
随着近年来月球探测的推进，深空探测的论证，针对深空探测对太阳电池阵低温度、低光强、强辐射等环境的技术需求，以火星探测和木星探测太阳电池阵设计分析为例，通过任务环境特点分析，给出了特殊服役环境下太阳电池选型方法，方阵设计与验证建议，对国内深空探测太阳电池阵设计具有一定参考意义。
2020, 7(1): 47-60.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200114001
摘要:
空间核反应堆电源是未来空间任务大功率、长寿命能源需求的有力保障，热离子能量转换技术是空间热离子反应堆电源的关键技术之一。概述了空间热离子反应堆电源的总体构造及工作原理，从热离子能量转换的原理、热离子发电元件的类型及其特点、电极材料、试验装置等方面综述了热离子转换技术的发展现状、存在的问题及发展趋势。
空间核反应堆电源是未来空间任务大功率、长寿命能源需求的有力保障，热离子能量转换技术是空间热离子反应堆电源的关键技术之一。概述了空间热离子反应堆电源的总体构造及工作原理，从热离子能量转换的原理、热离子发电元件的类型及其特点、电极材料、试验装置等方面综述了热离子转换技术的发展现状、存在的问题及发展趋势。
2020, 7(1): 61-72.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20191129001
摘要:
钚-238同位素电源（钚-238 RTG）能够在恶劣环境下长时间自持运行，供电的同时还能提供热能，是深空探测任务的理想能源。首先对温差型钚-238 RTG发电原理和基本结构进行了阐述，介绍了国内外钚-238 RTG应用历史和发展趋势，进而梳理出了钚-238 RTG研制关键技术，然后结合国外钚-238 RTG研制技术状况及未来深空探测需求，对上述关键技术进行了分析和讨论，从而可为我国钚-238 RTG技术发展及其工程应用提供参考。
2020, 7(1): 73-80.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20190911001
摘要:
基于我国空间同位素热/电源使用环境特点，借鉴国外空间同热/电源安全认证的研究成果，通过对空间同位素热/电源应用环境剖面的分析，开展了空间同位素热/电源安全技术指标体系框架研究，建立了覆盖同位素热/电源产品研制、地面贮存/运输、发射准备、发射、在轨运行及废弃处置等全生命周期的正常和事故环境下的安全性技术指标体系，提出四大类型29项可考核技术指标，可作为空间同位素热/电源研制和安全性使用评价工作的主要依据，为解决我国使用空间同位素热/电源缺乏安全认证体系和安全性验证技术指标问题提供参考。
基于我国空间同位素热/电源使用环境特点，借鉴国外空间同热/电源安全认证的研究成果，通过对空间同位素热/电源应用环境剖面的分析，开展了空间同位素热/电源安全技术指标体系框架研究，建立了覆盖同位素热/电源产品研制、地面贮存/运输、发射准备、发射、在轨运行及废弃处置等全生命周期的正常和事故环境下的安全性技术指标体系，提出四大类型29项可考核技术指标，可作为空间同位素热/电源研制和安全性使用评价工作的主要依据，为解决我国使用空间同位素热/电源缺乏安全认证体系和安全性验证技术指标问题提供参考。
2020, 7(1): 81-86.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20191030001
摘要:
高轨卫星、深空探测器在工作周期内地影时间较短，储能电池长期处于搁置状态，而在存储过程中由于界面副反应的存在会导致持续的锂离子电池容量衰降，影响储能电池的使用寿命。通过dV/dQ曲线分析、交流阻抗分析和解剖分析发现在存储过程中活性Li损失是导致锂离子电池容量损失的主要原因，在100%SoC状态时还会导致电解液在负极表面的分解加剧，引起正极的界面膜阻抗RSEI和颗粒间接触阻抗RCR出现明显的增加。研究结果表明：深空探测器电源系统在存储期间为了减少过放电风险，并减少不可逆容量损失，应将蓄电池的荷电状态控制在20% SoC左右，并定期进行充电。
高轨卫星、深空探测器在工作周期内地影时间较短，储能电池长期处于搁置状态，而在存储过程中由于界面副反应的存在会导致持续的锂离子电池容量衰降，影响储能电池的使用寿命。通过dV/dQ曲线分析、交流阻抗分析和解剖分析发现在存储过程中活性Li损失是导致锂离子电池容量损失的主要原因，在100%SoC状态时还会导致电解液在负极表面的分解加剧，引起正极的界面膜阻抗RSEI和颗粒间接触阻抗RCR出现明显的增加。研究结果表明：深空探测器电源系统在存储期间为了减少过放电风险，并减少不可逆容量损失，应将蓄电池的荷电状态控制在20% SoC左右，并定期进行充电。
2020, 7(1): 87-92.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20191223001
摘要:
深空探测任务由于重量制约以及光照强度减弱等原因，可供选择的电源有限。锂氟化碳电池技术被认为是未来深空探测器电源潜在可行的选项。对锂氟化碳电池进行了比能量、比热容、发热量测试以及低温性能和贮存性能测试，测试结果表明：锂氟化碳电池高比能量优势明显，长贮存寿命满足了深空探测器数月甚至数年飞行期间自放电率低的需求，针对低温应用需求，采用复合电极有效改善低温放电性能，而针对锂氟化碳电池比热容、发热量的测试为电池热仿真分析提供了必不可少的数据支撑。
深空探测任务由于重量制约以及光照强度减弱等原因，可供选择的电源有限。锂氟化碳电池技术被认为是未来深空探测器电源潜在可行的选项。对锂氟化碳电池进行了比能量、比热容、发热量测试以及低温性能和贮存性能测试，测试结果表明：锂氟化碳电池高比能量优势明显，长贮存寿命满足了深空探测器数月甚至数年飞行期间自放电率低的需求，针对低温应用需求，采用复合电极有效改善低温放电性能，而针对锂氟化碳电池比热容、发热量的测试为电池热仿真分析提供了必不可少的数据支撑。
2020, 7(1): 93-101.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20190408001
摘要:
随着深空探测成为航天领域的研究热点，与其密切相关的三体问题基础研究也日益重要，尤其是在深空探测任务设计中处于基础地位的共线平动点附近运动的研究，更是具有重要的工程应用价值。在圆型限制性三体问题下，对共线平动点附近运动近似解析解的研究已经较为全面，但在更接近真实情况、更具一般性的椭圆型限制性三体问题下，相应的研究却相对较少。针对此背景，参考借鉴圆型限制性三体问题的研究方法，首先根据平动点的特性计算出平动点的位置，然后将非线性三体动力学模型在共线平动点处线性化，最后结合线性系统理论，获得了椭圆型限制性三体问题下共线平动点附近运动的近似解析解，并将其与经典的圆型限制性三体问题下的近似解析解进行对比分析，仿真结果证明了方法的有效性，同时也表明所推导的椭圆型限制性三体问题解析解相比圆型限制性三体问题解析解具有更高的精度。
随着深空探测成为航天领域的研究热点，与其密切相关的三体问题基础研究也日益重要，尤其是在深空探测任务设计中处于基础地位的共线平动点附近运动的研究，更是具有重要的工程应用价值。在圆型限制性三体问题下，对共线平动点附近运动近似解析解的研究已经较为全面，但在更接近真实情况、更具一般性的椭圆型限制性三体问题下，相应的研究却相对较少。针对此背景，参考借鉴圆型限制性三体问题的研究方法，首先根据平动点的特性计算出平动点的位置，然后将非线性三体动力学模型在共线平动点处线性化，最后结合线性系统理论，获得了椭圆型限制性三体问题下共线平动点附近运动的近似解析解，并将其与经典的圆型限制性三体问题下的近似解析解进行对比分析，仿真结果证明了方法的有效性，同时也表明所推导的椭圆型限制性三体问题解析解相比圆型限制性三体问题解析解具有更高的精度。
2020, 7(1): 102-108.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20171117002
摘要:
针对深空探测器姿态估计问题，提出了一种基于星敏感器的深空飞行器姿态估计新型算法，用李群替代了传统的四元数来描述姿态，避免了四元数转换为姿态矩阵产生的非唯一性和复杂计算等问题。该算法给出了基于星敏感器的姿态观测方程和空间中刚体的运动学模型在李群下的描述并提出了一种基于李群的滤波算法，完成了深空飞行器动态姿态的确定。该线性化模型解决了传统非线性模型在滤波过程中产生的误差，同时省去了四元数转化为姿态矩阵的步骤，减少了计算量。最后，仿真实验中对比了传统的基于四元数的姿态确定算法，可以看出该算法具有更好的稳定性和准确性。
针对深空探测器姿态估计问题，提出了一种基于星敏感器的深空飞行器姿态估计新型算法，用李群替代了传统的四元数来描述姿态，避免了四元数转换为姿态矩阵产生的非唯一性和复杂计算等问题。该算法给出了基于星敏感器的姿态观测方程和空间中刚体的运动学模型在李群下的描述并提出了一种基于李群的滤波算法，完成了深空飞行器动态姿态的确定。该线性化模型解决了传统非线性模型在滤波过程中产生的误差，同时省去了四元数转化为姿态矩阵的步骤，减少了计算量。最后，仿真实验中对比了传统的基于四元数的姿态确定算法，可以看出该算法具有更好的稳定性和准确性。
