2019年 第6卷 第5期
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2019, 6(5): 405-416.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.001
摘要:
“嫦娥4号”于2019年1月3日成功实现人类航天器首次在月球背面软着陆，“玉兔2号”月球车率先在月背刻上了中国足迹。至今，国际月球探测活动共实施126次，期间出现两个探月高潮。20世纪50—70年代，美苏两个航天大国之间的竞争引起第一轮探月高潮。20世纪末至今，各航天国家意识到月球探测的战略意义，纷纷提出月球探测计划并积极实施，月球成为各国争先探测的热点，掀起第二轮探月热潮。中国自2004年首次绕月探测工程立项实施以来，共开展了“嫦娥1号”“嫦娥2号”“嫦娥3号”“嫦娥4号”及再入返回飞行试验共5次月球探测任务，实现“五战五捷”，在空间技术、空间科学与应用、国际合作等方面取得了非凡成就，积累了丰富的经验，后续将继续开展以无人月球科研站为主的月球探测活动。
“嫦娥4号”于2019年1月3日成功实现人类航天器首次在月球背面软着陆，“玉兔2号”月球车率先在月背刻上了中国足迹。至今，国际月球探测活动共实施126次，期间出现两个探月高潮。20世纪50—70年代，美苏两个航天大国之间的竞争引起第一轮探月高潮。20世纪末至今，各航天国家意识到月球探测的战略意义，纷纷提出月球探测计划并积极实施，月球成为各国争先探测的热点，掀起第二轮探月热潮。中国自2004年首次绕月探测工程立项实施以来，共开展了“嫦娥1号”“嫦娥2号”“嫦娥3号”“嫦娥4号”及再入返回飞行试验共5次月球探测任务，实现“五战五捷”，在空间技术、空间科学与应用、国际合作等方面取得了非凡成就，积累了丰富的经验，后续将继续开展以无人月球科研站为主的月球探测活动。
2019, 6(5): 417-423,455.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.002
摘要:
小天体上保存着太阳系形成初期的原始成分，同时可能蕴含着地球生命与水起源的重要线索，是研究太阳系起源和演化历史的活化石。近年来，小行星探测已成为主要航天国家深空探索领域的重点发展目标之一。简要总结了国际上小天体探测历程，对小行星探测的研究和发展趋势进行了综述，重点探讨了未来小行星探测任务面临的主要关键技术，并对中国后续开展小行星探测活动提出了相关建议。
小天体上保存着太阳系形成初期的原始成分，同时可能蕴含着地球生命与水起源的重要线索，是研究太阳系起源和演化历史的活化石。近年来，小行星探测已成为主要航天国家深空探索领域的重点发展目标之一。简要总结了国际上小天体探测历程，对小行星探测的研究和发展趋势进行了综述，重点探讨了未来小行星探测任务面临的主要关键技术，并对中国后续开展小行星探测活动提出了相关建议。
2019, 6(5): 424-436.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.003
摘要:
由于较好地保留了太阳系早期形成和演化历史的遗迹，小行星，尤其是近地小行星，已成为国际深空探测领域的研究热点。介绍了小行星的定义、分类和主要探测方式，指出目前小行星探测已进入空间探测的新时代；总结了国际小行星探测的现状，包括已实施和正在实施的小行星探测任务的科学目标、科学载荷配置，以及获取的主要科学数据等；探讨了未来小行星探测的发展趋势和主要科学问题，并对我国未来自主小行星探测任务科学目标的制定进行了展望。
由于较好地保留了太阳系早期形成和演化历史的遗迹，小行星，尤其是近地小行星，已成为国际深空探测领域的研究热点。介绍了小行星的定义、分类和主要探测方式，指出目前小行星探测已进入空间探测的新时代；总结了国际小行星探测的现状，包括已实施和正在实施的小行星探测任务的科学目标、科学载荷配置，以及获取的主要科学数据等；探讨了未来小行星探测的发展趋势和主要科学问题，并对我国未来自主小行星探测任务科学目标的制定进行了展望。
2019, 6(5): 437-447.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.004
摘要:
Bus-DeMeo光谱分类系统中有24种小行星光谱类型以及约27种陨石矿物学类型。小行星和陨石之间的光谱联系在质量和可靠性上差异很大原因主要是某些矿物学中缺乏诊断特征和空间风化作用。将回顾从可见光和近红外光谱中远程获取的小行星矿物学信息，讨论如何从地质学家的角度理解小行星的光谱辨识。
Bus-DeMeo光谱分类系统中有24种小行星光谱类型以及约27种陨石矿物学类型。小行星和陨石之间的光谱联系在质量和可靠性上差异很大原因主要是某些矿物学中缺乏诊断特征和空间风化作用。将回顾从可见光和近红外光谱中远程获取的小行星矿物学信息，讨论如何从地质学家的角度理解小行星的光谱辨识。
2019, 6(5): 448-455.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.005
摘要:
讨论了小行星引力一阶项可被忽略情况下的小行星远距离轨道设计及动力学。此时，航天器的运动受太阳引力和太阳光压的影响。航天器和小行星的加速度之差在这两者之间形成的独特的相对动力学，为航天器在小行星附近停驻与观测提供特定轨道。完整解决了小行星处于圆形日心轨道这一较简单情况，也考虑和阐述了椭圆轨道情况，并取得了一些初步结果。
讨论了小行星引力一阶项可被忽略情况下的小行星远距离轨道设计及动力学。此时，航天器的运动受太阳引力和太阳光压的影响。航天器和小行星的加速度之差在这两者之间形成的独特的相对动力学，为航天器在小行星附近停驻与观测提供特定轨道。完整解决了小行星处于圆形日心轨道这一较简单情况，也考虑和阐述了椭圆轨道情况，并取得了一些初步结果。
2019, 6(5): 456-462.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.006
摘要:
由于双体小行星独特的运动形式可为行星的演化提供重要线索，因而成为小行星探测中的热点目标。基于双椭球体模型研究了双小行星系统的相对运动、平衡态及稳定性。首先基于双椭球的全二体模型建立了双星系统相对运动的动力学方程；其次利用拉格朗日方程，通过求解系统角动量和能量，建立了双星系统平衡态对应的状态约束；最后给出了通过零速度状态曲面判断双星系统平衡态稳定性的一般性方法，在此基础上分析了小行星物理参数变化对系统平衡态稳定性的影响。研究可为未来双体小行星系统探测任务中的轨道设计与控制提供重要的理论参考。
由于双体小行星独特的运动形式可为行星的演化提供重要线索，因而成为小行星探测中的热点目标。基于双椭球体模型研究了双小行星系统的相对运动、平衡态及稳定性。首先基于双椭球的全二体模型建立了双星系统相对运动的动力学方程；其次利用拉格朗日方程，通过求解系统角动量和能量，建立了双星系统平衡态对应的状态约束；最后给出了通过零速度状态曲面判断双星系统平衡态稳定性的一般性方法，在此基础上分析了小行星物理参数变化对系统平衡态稳定性的影响。研究可为未来双体小行星系统探测任务中的轨道设计与控制提供重要的理论参考。
2019, 6(5): 463-469.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.007
摘要:
针对小天体探测存在显著通讯延迟、任务执行效率低等问题，梳理了小天体探测智能规划需求，面向自主绕飞任务开展了智能规划研究。首先将该问题分解为平台任务智能规划和载荷任务智能规划两部分。针对平台任务智能规划问题，基于PDDL语言设计了探测器自主管理知识模型，提出了基于状态时间线扩展的求解算法；针对任务智能规划问题，建立了基于CSP问题的智能规划数学模型，提出了基于遗传策略的求解算法。最后开发了仿真系统进行算法验证。仿真结果表明：该方法可综合平台与载荷需求，在存储、能源、通信等多种约束条件下，对绕飞探测任务进行统一的任务规划，并得到指令序列和动作序列，能够提高任务管控的智能化程度，降低任务操作的复杂性。
针对小天体探测存在显著通讯延迟、任务执行效率低等问题，梳理了小天体探测智能规划需求，面向自主绕飞任务开展了智能规划研究。首先将该问题分解为平台任务智能规划和载荷任务智能规划两部分。针对平台任务智能规划问题，基于PDDL语言设计了探测器自主管理知识模型，提出了基于状态时间线扩展的求解算法；针对任务智能规划问题，建立了基于CSP问题的智能规划数学模型，提出了基于遗传策略的求解算法。最后开发了仿真系统进行算法验证。仿真结果表明：该方法可综合平台与载荷需求，在存储、能源、通信等多种约束条件下，对绕飞探测任务进行统一的任务规划，并得到指令序列和动作序列，能够提高任务管控的智能化程度，降低任务操作的复杂性。
2019, 6(5): 470-480.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.008
摘要:
2019年4月18日，中国国家航天局（CNSA）公布了小行星探测计划，将近地小行星2016HO3作为探测任务目标之一。主要梳理了2016HO3热环境分析的要素，通过调研国际上目前观测数据，得到2016HO3的初步环境参数，使用近地小行星热模型（NEATM）与小行星热物理模型（TPM）开展了小行星2016HO3表面温度场建模与分析，综合得出小行星温度上限为412 K；同时结合其可能的自转条件，仿真分析了不同位置的昼夜温差变化特性，发现2016HO3最大温差大约为30 K。由于两个模型均不能直接处理极夜情况，在TPM模型基础上采用对自转周期光照进行平均思路，给出了极夜条件下的温度分析方法，并获得小行星2016HO3的温度下限。
2019年4月18日，中国国家航天局（CNSA）公布了小行星探测计划，将近地小行星2016HO3作为探测任务目标之一。主要梳理了2016HO3热环境分析的要素，通过调研国际上目前观测数据，得到2016HO3的初步环境参数，使用近地小行星热模型（NEATM）与小行星热物理模型（TPM）开展了小行星2016HO3表面温度场建模与分析，综合得出小行星温度上限为412 K；同时结合其可能的自转条件，仿真分析了不同位置的昼夜温差变化特性，发现2016HO3最大温差大约为30 K。由于两个模型均不能直接处理极夜情况，在TPM模型基础上采用对自转周期光照进行平均思路，给出了极夜条件下的温度分析方法，并获得小行星2016HO3的温度下限。
2019, 6(5): 481-487.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.009
摘要:
人类迄今对太阳系小天体开展的探测包括地基、天基远距离观测和“罗塞塔号”“隼鸟号”等探测器的抵近观测、着陆取样等。对具有碎石堆构造特性的小行星表面地形特性进行研究，提出了一种生成小行星表面地形仿真模型的方法，建立石块生成模型，对影响地形构造的石块幂律分布规律进行实验模拟。根据小天体着陆段导航方法验证及表面操作执行机构验证需要，选择并仿真生成了5种典型地形。实验结果表明：按照本文方法生成的仿真地形与实际探测得到的小行星表面局部地形相比一致性较好，可用于近操作任务中的着陆机构验证和地形相对导航算法初步验证。
人类迄今对太阳系小天体开展的探测包括地基、天基远距离观测和“罗塞塔号”“隼鸟号”等探测器的抵近观测、着陆取样等。对具有碎石堆构造特性的小行星表面地形特性进行研究，提出了一种生成小行星表面地形仿真模型的方法，建立石块生成模型，对影响地形构造的石块幂律分布规律进行实验模拟。根据小天体着陆段导航方法验证及表面操作执行机构验证需要，选择并仿真生成了5种典型地形。实验结果表明：按照本文方法生成的仿真地形与实际探测得到的小行星表面局部地形相比一致性较好，可用于近操作任务中的着陆机构验证和地形相对导航算法初步验证。
2019, 6(5): 488-495.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.010
摘要:
由于主带彗星富含水冰等挥发分并且位于火星与木星之间的小行星带区域，因此很可能是给早期地球带来水资源的天体，自从20世纪初期被发现以来引起了行星科学界的极大兴趣，是未来绕飞探测的重要候选目标。总结了主带彗星133P光谱探测的科学目标，并根据不同成分光谱特征分析和热特性研究需求，提出光谱仪的主要指标构想。谱段需覆盖可见至甚长波红外（0.4～50 μm），通过可见红外成像光谱仪和热辐射光谱仪两台载荷分别覆盖0.4～5 μm和5～50 μm的波段范围。可见红外成像光谱仪采用紧凑型光栅分光系统设计，光谱分辨率在可见光谱段优于5 nm，红外谱段优于10 nm，5 km探测距离下空间分辨优于0.5 m，通过低温制冷抑制背景辐射噪声，保证信噪比优于100。热辐射光谱仪采用时间调制型干涉分光方案，由一台双角镜摆臂式干涉仪实现5～50 μm的分光，光谱分辨率8 cm-1，5 km探测距离下空间分辨率优于10 m，采用非制冷热释电探测器。通过对两台光谱仪研制过程中涉及的关键技术进行分析，为后续开展工程研制奠定基础。
由于主带彗星富含水冰等挥发分并且位于火星与木星之间的小行星带区域，因此很可能是给早期地球带来水资源的天体，自从20世纪初期被发现以来引起了行星科学界的极大兴趣，是未来绕飞探测的重要候选目标。总结了主带彗星133P光谱探测的科学目标，并根据不同成分光谱特征分析和热特性研究需求，提出光谱仪的主要指标构想。谱段需覆盖可见至甚长波红外（0.4～50 μm），通过可见红外成像光谱仪和热辐射光谱仪两台载荷分别覆盖0.4～5 μm和5～50 μm的波段范围。可见红外成像光谱仪采用紧凑型光栅分光系统设计，光谱分辨率在可见光谱段优于5 nm，红外谱段优于10 nm，5 km探测距离下空间分辨优于0.5 m，通过低温制冷抑制背景辐射噪声，保证信噪比优于100。热辐射光谱仪采用时间调制型干涉分光方案，由一台双角镜摆臂式干涉仪实现5～50 μm的分光，光谱分辨率8 cm-1，5 km探测距离下空间分辨率优于10 m，采用非制冷热释电探测器。通过对两台光谱仪研制过程中涉及的关键技术进行分析，为后续开展工程研制奠定基础。
2019, 6(5): 496-502.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.011
摘要:
在小天体任务中，雷达技术可用于浅表层探测和全球内部结构探测。总结了国内外雷达技术在天体探测任务中的应用现状，分析了单站和双站雷达系统的不同应用场景，对比了单站雷达中的轨道器雷达、表面巡视器雷达的不同特点。在此基础上，研究了小天体的可能结构、可能物质，介绍了单站、双站雷达的基本工作原理，提出了针对不同结构小天体可采用的雷达探测体制。针对尺寸较大的分层结构小天体，可采用单站雷达探测天体的浅表层，获取表层和浅表层的介电常数以及表层的深度；对于尺寸较小的碎石堆结构小天体，可采用双站雷达观测天体透射波，获取天体的介电常数和全球内部结构。最后通过仿真实验，验证了双站雷达对于探测碎石堆状小行星全球内部结构的有效性。
在小天体任务中，雷达技术可用于浅表层探测和全球内部结构探测。总结了国内外雷达技术在天体探测任务中的应用现状，分析了单站和双站雷达系统的不同应用场景，对比了单站雷达中的轨道器雷达、表面巡视器雷达的不同特点。在此基础上，研究了小天体的可能结构、可能物质，介绍了单站、双站雷达的基本工作原理，提出了针对不同结构小天体可采用的雷达探测体制。针对尺寸较大的分层结构小天体，可采用单站雷达探测天体的浅表层，获取表层和浅表层的介电常数以及表层的深度；对于尺寸较小的碎石堆结构小天体，可采用双站雷达观测天体透射波，获取天体的介电常数和全球内部结构。最后通过仿真实验，验证了双站雷达对于探测碎石堆状小行星全球内部结构的有效性。
2019, 6(5): 503-512.
doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.012
摘要:
生命信息探测一直是深空探测中重要的一个部分。简要介绍了拉曼光谱技术探测有机物的优势和火星生命信息探测进展，以及常见的火星生命信息探测技术；重点概述了国内外用于火星有机物和生命信息探测的激光拉曼光谱技术的进展，分析总结了火星表面有机物质探测技术的发展趋势；最后简要概述了拉曼光谱技术在火星探测领域的发展前景。
