2018年 第5卷 第5期
2018, 5(5): 399-405.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.001
摘要:
我国首次火星探测任务于2016年立项实施。综合介绍了国际火星探测的历史和现状，我国首次火星探测任务的工程目标和科学目标、总体技术方案、关键技术难点、预期创新成果。我国首次火星探测任务将通过一次发射，实现火星环绕和着陆巡视，对火星开展全球性普查和局部的精细探测，推进火星地形地貌与地质构造、土壤特征与水冰分布、表明物质组成、大气电离层和气候环境、物理场与内部构造等方面的研究。实现火星探测任务目标，针对火星探测面临的各种特殊环境，需突破长期自主管理与控制等8类关键技术，取得的一系列创新成果，将为我国建立独立自主的深空探测基础工程体系，掌握深空探测基础共性技术，形成开展深空探测的基础工程能力。
我国首次火星探测任务于2016年立项实施。综合介绍了国际火星探测的历史和现状，我国首次火星探测任务的工程目标和科学目标、总体技术方案、关键技术难点、预期创新成果。我国首次火星探测任务将通过一次发射，实现火星环绕和着陆巡视，对火星开展全球性普查和局部的精细探测，推进火星地形地貌与地质构造、土壤特征与水冰分布、表明物质组成、大气电离层和气候环境、物理场与内部构造等方面的研究。实现火星探测任务目标，针对火星探测面临的各种特殊环境，需突破长期自主管理与控制等8类关键技术，取得的一系列创新成果，将为我国建立独立自主的深空探测基础工程体系，掌握深空探测基础共性技术，形成开展深空探测的基础工程能力。
2018, 5(5): 406-413.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.002
摘要:
中国首次火星探测任务将于2020年实施，科学目标和有效载荷配置是工程任务的重要顶层设计之一。简要回顾了国外已实施火星探测任务的主要科学目标，介绍了我国首次火星探测任务科学目标、有效载荷配置，分析了科学目标的创新性和特色。
中国首次火星探测任务将于2020年实施，科学目标和有效载荷配置是工程任务的重要顶层设计之一。简要回顾了国外已实施火星探测任务的主要科学目标，介绍了我国首次火星探测任务科学目标、有效载荷配置，分析了科学目标的创新性和特色。
2018, 5(5): 414-425.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.003
摘要:
中国首次火星探测任务（HX-1）计划2020年通过一次发射实现火星环绕和着陆巡视，对火星开展全球性、综合性的环绕探测，在火星表面开展区域巡视探测。地面应用系统是首次火星探测任务工程五大系统之一，主要负责科学探测计划制定，有效载荷运行管理，探测数据的接收、处理、解译和管理，组织开展科学数据的应用和研究等任务。在分析国外类似系统和火星探测地面应用系统的特点和难点基础上，从系统的主要任务和技术指标出发，介绍了系统总体布局、分系统主要功能、组成和设计。
中国首次火星探测任务（HX-1）计划2020年通过一次发射实现火星环绕和着陆巡视，对火星开展全球性、综合性的环绕探测，在火星表面开展区域巡视探测。地面应用系统是首次火星探测任务工程五大系统之一，主要负责科学探测计划制定，有效载荷运行管理，探测数据的接收、处理、解译和管理，组织开展科学数据的应用和研究等任务。在分析国外类似系统和火星探测地面应用系统的特点和难点基础上，从系统的主要任务和技术指标出发，介绍了系统总体布局、分系统主要功能、组成和设计。
2018, 5(5): 426-434.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.004
摘要:
着眼于我国首次火星探测任务着陆器EDL（Entry Descent and Landing）飞行段高风险特性，结合火星大气和地表环境分析了这一飞行阶段的主要特点和难点，系统地回顾了国外历次火星着陆任务的基本概况和任务失败的经验教训，并以美国“好奇号”着陆任务为例介绍了EDL期间可采用的主要通信手段，详细梳理了火星大气黑障段通信策略、调制体制选择以及高动态弱信号检测处理方案等测控通信需要解决的关键技术。最后对我国首次火星探测任务的关键技术攻关，任务准备和实施提出了建议。
着眼于我国首次火星探测任务着陆器EDL（Entry Descent and Landing）飞行段高风险特性，结合火星大气和地表环境分析了这一飞行阶段的主要特点和难点，系统地回顾了国外历次火星着陆任务的基本概况和任务失败的经验教训，并以美国“好奇号”着陆任务为例介绍了EDL期间可采用的主要通信手段，详细梳理了火星大气黑障段通信策略、调制体制选择以及高动态弱信号检测处理方案等测控通信需要解决的关键技术。最后对我国首次火星探测任务的关键技术攻关，任务准备和实施提出了建议。
2018, 5(5): 435-441.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.005
摘要:
我国将于2020年首次发射由环绕器和着陆巡视器组成的火星探测器，火星探测器的跟踪及精密测定轨是完成工程任务和科学探测的基础。火星探测器的跟踪和测定轨，目前主要采用基于地面无线电测量的测距、测速和甚长基线干涉VLBI测角3种手段。主要针对VLBI技术予以介绍，主要内容为：△DOR型VLBI技术在国内外的应用情况、火星探测器VLBI测定轨技术分析、基于同波束VLBI的火星车定位技术、火星探测器VLBI观测等。这些内容对我国的火星探测器测定轨有重要的应用价值。
我国将于2020年首次发射由环绕器和着陆巡视器组成的火星探测器，火星探测器的跟踪及精密测定轨是完成工程任务和科学探测的基础。火星探测器的跟踪和测定轨，目前主要采用基于地面无线电测量的测距、测速和甚长基线干涉VLBI测角3种手段。主要针对VLBI技术予以介绍，主要内容为：△DOR型VLBI技术在国内外的应用情况、火星探测器VLBI测定轨技术分析、基于同波束VLBI的火星车定位技术、火星探测器VLBI观测等。这些内容对我国的火星探测器测定轨有重要的应用价值。
2018, 5(5): 442-449.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.006
摘要:
介绍了中国首次火星探测任务有效载荷分系统的试验矩阵，以及地面综合测试系统的技术要求。面向2个探测器、5种场景的测试任务需求，设计由接口适配、业务处理、数据管理组成的3层统一架构，实现了不同场景下测试系统的功能和外部接口适配；根据星上科学数据处理与传输机制，设计地面科学数据处理流程，满足了13类载荷科学数据判读需求；针对单星1 900维工程遥测、400条数据注入指令的高维特性，设计基于规则的数据判读软件，实现了载荷遥测数据及数据注入指令的自动化判读。任务执行结果表明该系统满足不同试验模式下有效载荷测试任务的需求，有效保障了载荷测试任务的顺利实施。
介绍了中国首次火星探测任务有效载荷分系统的试验矩阵，以及地面综合测试系统的技术要求。面向2个探测器、5种场景的测试任务需求，设计由接口适配、业务处理、数据管理组成的3层统一架构，实现了不同场景下测试系统的功能和外部接口适配；根据星上科学数据处理与传输机制，设计地面科学数据处理流程，满足了13类载荷科学数据判读需求；针对单星1 900维工程遥测、400条数据注入指令的高维特性，设计基于规则的数据判读软件，实现了载荷遥测数据及数据注入指令的自动化判读。任务执行结果表明该系统满足不同试验模式下有效载荷测试任务的需求，有效保障了载荷测试任务的顺利实施。
2018, 5(5): 450-457.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.007
摘要:
物质成分探测是深空探测领域非常重要的技术领域，激光诱导击穿光谱技术是一种可以非接触式快速获得物质元素成分信息的手段，论文针对2020年我国首次火星探测任务提出的火星表面成分探测仪，阐述了激光诱导击穿光谱技术基本原理，国内外的技术发展现状和趋势，重点围绕火星环境、有效载荷生存性进行了分析，最后论文详细探讨了激光诱导击穿光谱技术中的数据反演和定量化技术。
物质成分探测是深空探测领域非常重要的技术领域，激光诱导击穿光谱技术是一种可以非接触式快速获得物质元素成分信息的手段，论文针对2020年我国首次火星探测任务提出的火星表面成分探测仪，阐述了激光诱导击穿光谱技术基本原理，国内外的技术发展现状和趋势，重点围绕火星环境、有效载荷生存性进行了分析，最后论文详细探讨了激光诱导击穿光谱技术中的数据反演和定量化技术。
2018, 5(5): 458-464.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.008
摘要:
详细规划了首次火星探测有效载荷高分辨率可见光相机光学系统设计方案。阐述了火星探测高分相机的科学意义以及国外火星高分相机的发展趋势。据此对光学系统的选型进行了分析，从应用优势角度选择了COOK式离轴三反系统完成光学系统设计，光学系统焦距为4 600 mm，相机对孔径1：12，实现分辨率优于0.6 m@300 km，视场角优于2°的光学系统。从工程可实现性角度，完成了相机离轴非球面反射镜检测补偿器的设计。该光学系统可保证火星高分相机指标居国际领先水平。
详细规划了首次火星探测有效载荷高分辨率可见光相机光学系统设计方案。阐述了火星探测高分相机的科学意义以及国外火星高分相机的发展趋势。据此对光学系统的选型进行了分析，从应用优势角度选择了COOK式离轴三反系统完成光学系统设计，光学系统焦距为4 600 mm，相机对孔径1：12，实现分辨率优于0.6 m@300 km，视场角优于2°的光学系统。从工程可实现性角度，完成了相机离轴非球面反射镜检测补偿器的设计。该光学系统可保证火星高分相机指标居国际领先水平。
2018, 5(5): 465-471.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.009
摘要:
随着航空航天技术的飞速发展，作为地球近邻的火星成为当今国际空间大国的主要研究目标。为完成火星巡视区形貌和地质探测任务，可直接使用多光谱相机获取的高分辨率真彩色图像作为观测手段。为寻找着陆点，火星多光谱相机应具备精确定位的测绘功能，因此需进行几何标定估计其内方位元素。通过张正友标定算法提供初值，然后以改进的Heikkilä算法完成几何标定，经过分析标定结果的不确定度，探究实验误差来源，提出改进方法，最终获得满足要求的标定参数，为实现图像融合、三维重建等计算机视觉领域奠定坚实的基础。
随着航空航天技术的飞速发展，作为地球近邻的火星成为当今国际空间大国的主要研究目标。为完成火星巡视区形貌和地质探测任务，可直接使用多光谱相机获取的高分辨率真彩色图像作为观测手段。为寻找着陆点，火星多光谱相机应具备精确定位的测绘功能，因此需进行几何标定估计其内方位元素。通过张正友标定算法提供初值，然后以改进的Heikkilä算法完成几何标定，经过分析标定结果的不确定度，探究实验误差来源，提出改进方法，最终获得满足要求的标定参数，为实现图像融合、三维重建等计算机视觉领域奠定坚实的基础。
2018, 5(5): 472-477.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.010
摘要:
火星磁场测量是国际火星探测任务的焦点之一，中国首次火星磁测任务通过在巡视器（即火星车）和环绕器上同时搭载磁强计，实现对火星磁场的火-空联合观测。巡视器磁强计载荷选用双探头三轴磁通门磁强计，采用亥姆霍兹补偿线圈型探头技术和全数字闭环反馈电路技术，实现空间磁场的高精度同点测量。单机在设计上考虑了可靠性安全性设计和空间环境适应性设计。经地面标定，单机量程可达到±6.5万nT，噪声水平优于0.01 nT/√Hz，分辨率达到了0.01 nT。
火星磁场测量是国际火星探测任务的焦点之一，中国首次火星磁测任务通过在巡视器（即火星车）和环绕器上同时搭载磁强计，实现对火星磁场的火-空联合观测。巡视器磁强计载荷选用双探头三轴磁通门磁强计，采用亥姆霍兹补偿线圈型探头技术和全数字闭环反馈电路技术，实现空间磁场的高精度同点测量。单机在设计上考虑了可靠性安全性设计和空间环境适应性设计。经地面标定，单机量程可达到±6.5万nT，噪声水平优于0.01 nT/√Hz，分辨率达到了0.01 nT。
2018, 5(5): 478-482.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.011
摘要:
环绕器次表层探测雷达能够在环绕轨道实现行星次表层结构高分辨探测，为深入研究行星地质结构提供科学数据，由于深空探测距离地球距离非常遥远，与地球之间的数据传输率很受限制，雷达探测得到的大量原始数据无法通过数据链路传回地球，通过星上实时处理对探测数据进行变换，只回传数据量小得多的处理结果具有非常重要的意义。本文对环绕器次表层探测雷达采用的后向投影算法的实时处理技术进行了详细的分析，给出了工程实现方法。
环绕器次表层探测雷达能够在环绕轨道实现行星次表层结构高分辨探测，为深入研究行星地质结构提供科学数据，由于深空探测距离地球距离非常遥远，与地球之间的数据传输率很受限制，雷达探测得到的大量原始数据无法通过数据链路传回地球，通过星上实时处理对探测数据进行变换，只回传数据量小得多的处理结果具有非常重要的意义。本文对环绕器次表层探测雷达采用的后向投影算法的实时处理技术进行了详细的分析，给出了工程实现方法。
2018, 5(5): 483-487.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.012
摘要:
针对火星探测器器箭分离冲击过大问题，对单机开展了试验与分析研究。针对完成冲击试验考核的单机可靠性是否受到影响问题，提出采用强度/应力方法进行判断，将厂家给出的单机内部器件的冲击条件视为强度，将单机的冲击响应谱转化后的半正弦波视为应力，将二者相比，从试验和分析两方面表明正样单机的可靠性满足要求，经受过冲击考核的单机可靠性没有下降。此方法可作为判定完成冲击试验考核的单机可靠性是否受影响的依据，也可作为单机冲击试验前抗冲击能力的判断准则。
针对火星探测器器箭分离冲击过大问题，对单机开展了试验与分析研究。针对完成冲击试验考核的单机可靠性是否受到影响问题，提出采用强度/应力方法进行判断，将厂家给出的单机内部器件的冲击条件视为强度，将单机的冲击响应谱转化后的半正弦波视为应力，将二者相比，从试验和分析两方面表明正样单机的可靠性满足要求，经受过冲击考核的单机可靠性没有下降。此方法可作为判定完成冲击试验考核的单机可靠性是否受影响的依据，也可作为单机冲击试验前抗冲击能力的判断准则。
2018, 5(5): 488-494.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.013
摘要:
位于月球南极-艾肯（South Pole-Aitken Basin，SPA）盆地内的前酒海纪阿波罗盆地跨越了SPA盆地的瞬时穴和盆缘。SPA盆地是已确认的月球上最大最古老的撞击盆地，因此阿波罗盆地对于认识月球的内部结构和成分、区域地质作用和演化历史具有不可替代的作用。阿波罗盆地区域月壳具有很强的不对称性，靠近SPA盆缘处厚而靠近SPA盆地中心处薄，其峰环内部拥有最薄的月壳厚度。阿波罗盆地区域具有不同的光谱吸收特征。在阿波罗盆地外，靠近SPA盆缘具有更多Mg辉石吸收特征的短波吸收，而靠近SPA中心区域具有更多高Ca辉石吸收特征的长波吸收。盆地内部不同地质单元的光谱吸收特征也有差异，月海为高Ca辉石的吸收特征，峰环为Mg辉石的短波长吸收。阿波罗盆地具有最薄的月壳厚度、高程差达8 km的地层剖面、位于月球背面SPA盆地内的月海、发育充分的中央峰环，其独特性使它成为最有价值的采样点。
位于月球南极-艾肯（South Pole-Aitken Basin，SPA）盆地内的前酒海纪阿波罗盆地跨越了SPA盆地的瞬时穴和盆缘。SPA盆地是已确认的月球上最大最古老的撞击盆地，因此阿波罗盆地对于认识月球的内部结构和成分、区域地质作用和演化历史具有不可替代的作用。阿波罗盆地区域月壳具有很强的不对称性，靠近SPA盆缘处厚而靠近SPA盆地中心处薄，其峰环内部拥有最薄的月壳厚度。阿波罗盆地区域具有不同的光谱吸收特征。在阿波罗盆地外，靠近SPA盆缘具有更多Mg辉石吸收特征的短波吸收，而靠近SPA中心区域具有更多高Ca辉石吸收特征的长波吸收。盆地内部不同地质单元的光谱吸收特征也有差异，月海为高Ca辉石的吸收特征，峰环为Mg辉石的短波长吸收。阿波罗盆地具有最薄的月壳厚度、高程差达8 km的地层剖面、位于月球背面SPA盆地内的月海、发育充分的中央峰环，其独特性使它成为最有价值的采样点。
