2019年 第6卷 第6期
深空月地激光高速信息传输技术利用光波进行深空信息传输，相比于传统微波波段的信息传输技术而言，在同样传输数据率情况下，具有通信终端体积小、重量轻、功耗低等优点，数据传输过程中接收灵敏度更高。此外，由于激光光束较窄，能量更为集中，可达到更远的传输距离。针对深空月地激光高速信息传输技术，介绍了深空月地激光信息传输技术发展的必要性和迫切性，阐述了国内外深空月地激光高速信息传输技术的研究发展现状；论述了深空月地激光技术上的挑战和技术可实现性，可为我国深空激光通信的发展及其工程化应用提供参考。
深空激光通信是实现深空高速通信的主要手段之一。对国外深空激光通信的发展现状进行了综述，总结了深空激光通信技术发展的若干启示，给出了深空激光通信的典型应用，分析了深空激光通信涉及的主要关键技术，以期为我国深空激光通信的发展提供一定的参考和借鉴。
基于J2轨道预测模型，设计了不同倾角和轨道高度圆轨道月球卫星，通过将J2轨道预测模型预瞄准仿真结果与直接积分RKF7（8）法仿真结果相对比，研究了不同类型月球卫星轨道对-Y面卫星舱板激光通信终端瞄准精度的影响。仿真结果表明，J2轨道预测模型可以满足月球极地卫星月地激光通信要求，当轨道高度为1 000 km和2 000 km的时候，10 min方位角偏差不超过40 μrad，而俯仰角偏差仅为7 μrad时，在一定程度上J2轨道预测模型可以满足月地激光通信预瞄准要求。
根据地球、月球、探月卫星的三体运动，针对月地激光链路的建立与保持，分析了地球与月球对链路的遮挡问题，对链路模式进行分析。仿真结果表明：使用3颗月球极轨（Moon Polar Orbit，MPO）卫星来进行通信时，链路中断的次数将大大减少，但是在某些时间段上，仍然受到月球的遮挡而迫使通信链路频繁中断。使用4颗MPO卫星来进行通信时，链路将不再受到月球的阻挡，而仅受到地球的遮挡。同理，增加地球同步轨道卫星的数目可避免地球的遮挡。仿真结果表明，采用2颗地球同步轨道（Geostationary Earth Orbit，GEO）卫星建立链路，链路将不会受到地球的遮挡，建立深空科学研究的信息中继中心，采用激光通信技术，实现月地高速激光信息传输，为我国深空探测技术的发展提供支撑。
随着对空间试验卫星光通信系统数据容量需求的逐年增加，空间波分复用技术将成为拓展通信容量的有效手段，需要研究掺铒光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA）波分复用特性在深空辐射条件下的性能变化情况。研究了深空辐射及温度场对EDFA的性能影响、非均匀特性，建立了深空辐射条件下EDFA的波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术信号之间的增益影响模型，给出了增益的非均匀变化影响的评估方法。并分别采用电子和中子作为辐射源，进行了地面模拟深空辐射环境的辐射电离效应和辐射位移效应实验，实验结果进一步验证了该模型正确性。利用该模型，可获得深空辐射环境中，不同辐射类型、不同温度下，EDFA在WDM应用时各波长增益的非均匀特性，可为深空光通信中EDFA的WDM应用提供参考。
在设计拓扑时，如何分配每颗卫星上有限的通信终端建立通信链路，构建一个性能良好的网络拓扑，成为了一个重要的研究问题。以平均月球中继卫星到地面站路径距离最小为优化目标，以卫星携带的通信终端数目、月球中继卫星与地面站的连通性为约束条件，提出了基于竞争决策思想的链路分配算法（Link Assignment Algorithmbased on Competitive Decision，LAA-CD）和基于模拟退火法的链路分配算法（Link Assignment Algorithm based onSimulated Annealing，LAA-SA），并与贪婪算法进行对比。仿真结果表明，LAA-CD和LAA-SA算法下所得拓扑的平均月球中继卫星到地面站距离均小于贪婪算法，且LAA-CD算法能够有效降低算法的时间复杂度。进一步对比了两种星座，发现相比拉格朗日轨道卫星星座，在月球极轨道卫星星座下所得拓扑具有更小的平均距离，为空间信息网络分配提供技术支撑。
我国首次火星探测任务将于2020年实施，一步实现“绕”“着”“巡”的目标。着陆器在火星表面软着陆后，火星车能否沿转移坡道安全转移至火星表面，关系着本次任务的成败。从火星车转移坡道功能要求出发，提出了一种双向抽展式转移坡道方案，解决了大展出比、驱动共用、可靠展开等关键问题，对其展开原理及力学特性进行分析，并开展了模拟火星重力环境的展开试验，为我国火星车转移坡道设计提供参考。
使用数值积分的方法对“火卫1”（Phobos）轨道进行预报计算，介绍了计算“火卫1”轨道时考虑的动力模型与数值积分方法，分析了不同动力模型及参量对轨道计算结果的影响，并确定最终选择的模型。最后将计算结果与不同机构发布的最新历表进行比较，计算位置和轨道根数的差异。得到的结果与各星历之间差异的量级相同，进而验证了相关模型和算法的精度和可靠性。该轨道预报算法模型与分析结果将对“火卫1”探测任务提供参考。
木星冰卫星（尤其是“木卫2”）在整个太阳系中有非常独特的探测价值，也是当前国际深空探测最前沿、最受关注的领域之一。在对国外相关探测技术归纳总结的同时，结合木星冰卫星冰下海洋探测的若干科学问题，次表层模型、温度廓线及探测深度、电离层的影响等方面，提供了几种木星冰卫星冰下液态水海洋探测的新思路，并给出了一些初步的系统框架设计和次表层介电特性仿真分析等结果。通过对新方法、新模式的探索，有望对我国自主木星冰卫星的次表层液态海洋探测起到良好的借鉴作用。
随着深空探测任务的增加以及星上科学任务的日益复杂，深空探测器自主任务规划与调度技术成为研究的热点。在深空探测器任务特点与系统约束分析的基础上，将智能规划理论与约束可满足技术相结合，研究多层约束规划模型中约束的动态特征，设计了基于动态约束表的外延约束快速过滤算法，根据领域信息中活动间的冲突性特征来对新加入的活动进行分类和一致性检查。仿真结果表明：提出的算法能够有效地降低约束处理中无效的约束检查次数，降低问题处理过程中的算法回溯，提高规划效率和成功率。
在轨组装与维护是航天器在轨服务技术的基本内容，而模块化设计则是实现航天器在轨组装与维护的一项主要支撑技术。调研总结了国外深空探测领域模块化航天器设计以及在轨组装与在轨维护实施的技术进展，主要包括模块化地外行星着陆探测器、大型在轨组装深空探测器、布置于SEL2（Sun-Earth Libration 2）等轨道的超大型在轨组装空间望远镜系统等，分析了深空探测器领域应用模块化设计实现在轨组装与维护的关键技术要素。针对深空探测航天器长寿命、高可靠、特殊推进系统及其设备配套等技术特点与需求，提出一种应用在轨组装与维护技术的火星多任务探测器系统设想，介绍了探测器系统的任务架构、基本组成、轨道策略等，为我国深空探测技术发展以及新型深空探测器研制提供参考。
在深空探测中，单机具有在轨修复能力有助于提高飞行器系统的可靠性。目前对在轨可修复单机的可靠性问题鲜有研究。建立和分析了在轨可修复单机的可用度模型，推导出可修复单机的瞬态可用度计算公式，通过模拟仿真，计算了不同修复率下的单机可用度变化趋势，与非可修复单机的可用度仿真结果进行了比较。并利用可修复单机的稳态可用度给出了对任务末期修复率和失效率关系的快速估计方法。研究结果表明，在轨修复率越高，在任务周期内可修复单机的可靠性越高；单机具有较高的修复率还可缓解研制阶段对单机可靠性的需求压力。
