2020年 第7卷 第5期
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2020, 7(5): 419-427.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200031
摘要:
在深空探测任务中，巡视探测是一种重要的探测形式。作为一种能够在固态星球表面移动，完成探测、采样、运载等任务的航天器，星球车具有扩大星球表面精细探测范围、克服着陆精度影响、降低航天员工作负荷等多种作用。对月球车、火星车等星球车的技术发展进行回顾，重点介绍了中国星球车移动技术、导航与控制技术、自主与智能技术、热控制技术、地面试验验证技术、遥操作技术等发展的情况，并对星球车技术发展趋势进行了分析。
在深空探测任务中，巡视探测是一种重要的探测形式。作为一种能够在固态星球表面移动，完成探测、采样、运载等任务的航天器，星球车具有扩大星球表面精细探测范围、克服着陆精度影响、降低航天员工作负荷等多种作用。对月球车、火星车等星球车的技术发展进行回顾，重点介绍了中国星球车移动技术、导航与控制技术、自主与智能技术、热控制技术、地面试验验证技术、遥操作技术等发展的情况，并对星球车技术发展趋势进行了分析。
2020, 7(5): 428-436.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200034
摘要:
提升星球车的环境感知能力是提高系统智能性、自主性的前提，非几何障碍感知是其中关键的一环。通过回顾星球车非几何障碍感知发展历程，梳理出非几何障碍感知内容分为当前障碍估测和前方障碍预测两大类；对障碍估测和障碍预测涉及到的沉陷量估测、滑移率估测、星壤参数在线识别、地形分类等国内外研究现状进行了介绍和评述分析，总结得出：未来非几何障碍识别研究应多关注轮地力学模型优化、多源信息融合感知和人工智能技术应用；对基于星壤参数识别的滑移预测方法进行了阐述。
提升星球车的环境感知能力是提高系统智能性、自主性的前提，非几何障碍感知是其中关键的一环。通过回顾星球车非几何障碍感知发展历程，梳理出非几何障碍感知内容分为当前障碍估测和前方障碍预测两大类；对障碍估测和障碍预测涉及到的沉陷量估测、滑移率估测、星壤参数在线识别、地形分类等国内外研究现状进行了介绍和评述分析，总结得出：未来非几何障碍识别研究应多关注轮地力学模型优化、多源信息融合感知和人工智能技术应用；对基于星壤参数识别的滑移预测方法进行了阐述。
2020, 7(5): 437-444.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200032
摘要:
针对火星地形环境地面无法真实模拟，火星车功能性能地面验证不充分，尤其针对中国火星车采用主动悬架式移动系统，缺乏在轨使用经验的问题，建立了真实的火星车系统动力学模型。通过数学仿真手段对火星车不同地形下移动性能与策略进行了全面验证，仿真结果表明：通过车体升降和抬轮行走可有效提升火星车通过性能及故障容错能力，给出了地形环境、行走步态等对火星车性能的量化影响，结果可为中国火星车在轨应用以及故障处置提供参考。
针对火星地形环境地面无法真实模拟，火星车功能性能地面验证不充分，尤其针对中国火星车采用主动悬架式移动系统，缺乏在轨使用经验的问题，建立了真实的火星车系统动力学模型。通过数学仿真手段对火星车不同地形下移动性能与策略进行了全面验证，仿真结果表明：通过车体升降和抬轮行走可有效提升火星车通过性能及故障容错能力，给出了地形环境、行走步态等对火星车性能的量化影响，结果可为中国火星车在轨应用以及故障处置提供参考。
2020, 7(5): 445-449.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200041
摘要:
针对有限的一套转移坡道机构，为实现火星车双向转移的需求，考虑其在轨可能出现的各种故障，在不更改原有机构的前提下，提出了一种双向可选的坡道机构自主展开策略，该策略的各项流程在坡道机构与数管软件的联试试验中得到逐一验证，各项遥测参数正常，执行时序正确，结果表明坡道机构自主展开策略执行有效、可靠性高，为火星车成功转移至火面提供有力保障。
针对有限的一套转移坡道机构，为实现火星车双向转移的需求，考虑其在轨可能出现的各种故障，在不更改原有机构的前提下，提出了一种双向可选的坡道机构自主展开策略，该策略的各项流程在坡道机构与数管软件的联试试验中得到逐一验证，各项遥测参数正常，执行时序正确，结果表明坡道机构自主展开策略执行有效、可靠性高，为火星车成功转移至火面提供有力保障。
2020, 7(5): 450-457.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200033
摘要:
航天器伺服机构一般采取分散控制的方法，通过地面遥操作进行控制和监视。为实现整车移动、悬架调整、通信天线指向、太阳翼对日定向、桅杆转动等多种功能，火星车配备了众多的电机和传感器。传统设计方式无法满足火星车集成化、自主化、容错控制的要求。制定了火星车机构集成控制系统的整体架构，并开展了优化设计。采用硬件资源复用、计算资源复用等策略实现了集成化设计目标；从运动规划、控制运算等多方面实现了自主管理功能；通过故障检测与应急处置、降级运行等功能满足了容错控制的设计需求。通过火星车机构控制系统的应用，在满足多项约束的前提下各项指标达到了最优，同时验证了设计方法的正确性和合理性。对功能复杂、约束严格的探测器机构控制系统具有一定的参考价值。
航天器伺服机构一般采取分散控制的方法，通过地面遥操作进行控制和监视。为实现整车移动、悬架调整、通信天线指向、太阳翼对日定向、桅杆转动等多种功能，火星车配备了众多的电机和传感器。传统设计方式无法满足火星车集成化、自主化、容错控制的要求。制定了火星车机构集成控制系统的整体架构，并开展了优化设计。采用硬件资源复用、计算资源复用等策略实现了集成化设计目标；从运动规划、控制运算等多方面实现了自主管理功能；通过故障检测与应急处置、降级运行等功能满足了容错控制的设计需求。通过火星车机构控制系统的应用，在满足多项约束的前提下各项指标达到了最优，同时验证了设计方法的正确性和合理性。对功能复杂、约束严格的探测器机构控制系统具有一定的参考价值。
2020, 7(5): 458-465.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200035
摘要:
面向火星车的图像数据存储、压缩和传输任务进行分析，提出设计需求与关键设计特征，开展系统设计与关键软硬件架构、图像压缩核心算法与传输协议设计；设计并实现了火星车图像存储与压缩传输系统，其中实现了基于FPGA（Field Programmable Gate Array）的多相机分区并行图像文件系统、基于数据信号处理（Digital Signal Processing，DSP）实现了“自适应首1游程编码算法”，以及图像码流打包与控制软件；在型号研制中实现了多相机数据存储管理、图像压缩比灵活控制、质量渐进式传输、感兴趣区域（Region Of Interest，ROI）编码、抗误码扩散和图像缩略图生成下传等功能，满足我国首次火星探测任务可靠、高效、灵活的图像应用需求。
面向火星车的图像数据存储、压缩和传输任务进行分析，提出设计需求与关键设计特征，开展系统设计与关键软硬件架构、图像压缩核心算法与传输协议设计；设计并实现了火星车图像存储与压缩传输系统，其中实现了基于FPGA（Field Programmable Gate Array）的多相机分区并行图像文件系统、基于数据信号处理（Digital Signal Processing，DSP）实现了“自适应首1游程编码算法”，以及图像码流打包与控制软件；在型号研制中实现了多相机数据存储管理、图像压缩比灵活控制、质量渐进式传输、感兴趣区域（Region Of Interest，ROI）编码、抗误码扩散和图像缩略图生成下传等功能，满足我国首次火星探测任务可靠、高效、灵活的图像应用需求。
2020, 7(5): 466-473.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200036
摘要:
火星存在平均压力约600 Pa的CO2气体环境，以及最低温度约–123 ℃的温度环境，超轻质、高效隔热材料是火星车热控系统的关键性材料，保证内部电子元器件正常工作。气凝胶材料是目前大气环境下导热系数最低的固体材料，是火星车最佳的保温隔热材料方案。针对我国火星车应用需求，研制了密度小于30 kg/m3的低密度纳米气凝胶隔热材料，研究了低密度气凝胶的制备、复合材料的制备、超临界CO2干燥以及低密度气凝胶复合材料机加等制备过程，并表征了材料的热物理性能、真空挥发性以及热循环、热真空等空间热环境下的性能，表明低密度纳米气凝胶隔热材料在火星环境下具有良好的结构稳定性和隔热性能稳定性，可满足空间探测的应用需求。该材料具有良好的机加性能和优异的隔热性能，它的火星大气下室温导热系数为0.006 6 W/（m·K），实现了在我国火星车上的工程应用。
火星存在平均压力约600 Pa的CO2气体环境，以及最低温度约–123 ℃的温度环境，超轻质、高效隔热材料是火星车热控系统的关键性材料，保证内部电子元器件正常工作。气凝胶材料是目前大气环境下导热系数最低的固体材料，是火星车最佳的保温隔热材料方案。针对我国火星车应用需求，研制了密度小于30 kg/m3的低密度纳米气凝胶隔热材料，研究了低密度气凝胶的制备、复合材料的制备、超临界CO2干燥以及低密度气凝胶复合材料机加等制备过程，并表征了材料的热物理性能、真空挥发性以及热循环、热真空等空间热环境下的性能，表明低密度纳米气凝胶隔热材料在火星环境下具有良好的结构稳定性和隔热性能稳定性，可满足空间探测的应用需求。该材料具有良好的机加性能和优异的隔热性能，它的火星大气下室温导热系数为0.006 6 W/（m·K），实现了在我国火星车上的工程应用。
2020, 7(5): 474-480.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200042
摘要:
火星表面环境与近地空间环境有很大的不同，火星表面太阳电池阵发电受光照强度、火星尘、温度、太阳散射等因素影响，具有较大的复杂性。在调研国内外研究及探测成果的基础上，通过试验与建模计算相结合的方式，提出了一种火星表面太阳电池阵发电计算建模方法，建立了相应的仿真计算模型，应用于中国首次火星探测任务太阳电池阵设计及发电功率预算，成为整器能量平衡分析及设计的依据。该计算建模方法可为后续火星探测及其它深空探测任务提供参考。
火星表面环境与近地空间环境有很大的不同，火星表面太阳电池阵发电受光照强度、火星尘、温度、太阳散射等因素影响，具有较大的复杂性。在调研国内外研究及探测成果的基础上，通过试验与建模计算相结合的方式，提出了一种火星表面太阳电池阵发电计算建模方法，建立了相应的仿真计算模型，应用于中国首次火星探测任务太阳电池阵设计及发电功率预算，成为整器能量平衡分析及设计的依据。该计算建模方法可为后续火星探测及其它深空探测任务提供参考。
2020, 7(5): 481-488.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20200043
摘要:
我国首次火星探测任务火星车配置了多光谱相机、火星车次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪等科学探测有效载荷。为保证在轨获得科学数据的有效性，有效载荷完成了地面定标试验，确定仪器的性能指标，获取在轨科学数据定量化应用必需的定标系数。介绍了有效载荷的定标试验项目、方法和结果。试验结果表明，各仪器性能指标具有良好的一致性、稳定性，为实现科学探测目标奠定了坚实基础。
我国首次火星探测任务火星车配置了多光谱相机、火星车次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪等科学探测有效载荷。为保证在轨获得科学数据的有效性，有效载荷完成了地面定标试验，确定仪器的性能指标，获取在轨科学数据定量化应用必需的定标系数。介绍了有效载荷的定标试验项目、方法和结果。试验结果表明，各仪器性能指标具有良好的一致性、稳定性，为实现科学探测目标奠定了坚实基础。
2020, 7(5): 489-499.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20191021001
摘要:
生物再生生命保障系统是月球基地、载人登陆火星和火星基地等长时间、远距离的载人航天活动的关键技术之一。梳理了生物再生生命保障系统的理论与技术体系，综述了自20世纪60年代至今，俄罗斯、美国、欧洲、日本、中国等国家与组织在该领域从生物单元到系统集成研究，再到有人密闭实验的研究进展，以及微型水生生物系统的空间实验的尝试。提出了生物再生生命保障系统的发展路径，指出小型陆生生态系统的空间实验是将该项技术真正应用于太空所需的关键环节，分析了该项技术未来发展趋势及其地面应用前景。
生物再生生命保障系统是月球基地、载人登陆火星和火星基地等长时间、远距离的载人航天活动的关键技术之一。梳理了生物再生生命保障系统的理论与技术体系，综述了自20世纪60年代至今，俄罗斯、美国、欧洲、日本、中国等国家与组织在该领域从生物单元到系统集成研究，再到有人密闭实验的研究进展，以及微型水生生物系统的空间实验的尝试。提出了生物再生生命保障系统的发展路径，指出小型陆生生态系统的空间实验是将该项技术真正应用于太空所需的关键环节，分析了该项技术未来发展趋势及其地面应用前景。
2020, 7(5): 500-507.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20191113001
摘要:
A short review of the available data on plant development, seed-to-seed, and next generations, and formation of generative and vegetative organs in real and simulated microgravity is presented. It is emphasized the timeliness of the emergence of plant space reproductive biology and its importance for progress in space agriculture that is necessary for future human exploration of space.
A short review of the available data on plant development, seed-to-seed, and next generations, and formation of generative and vegetative organs in real and simulated microgravity is presented. It is emphasized the timeliness of the emergence of plant space reproductive biology and its importance for progress in space agriculture that is necessary for future human exploration of space.
2020, 7(5): 508-514.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2020.20191111001
摘要:
During long-term manned space flights, biological life support systems are required, so food becomes an instrument of paramount importance. Plants are an accessible source of biologically active compounds. Antioxidant deficiency decreases the body's functional activity. Vegetable foods, including non-traditional and medicinal crops, are the main and most affordable source of antioxidants for humans. Yacon （Polymnia sonchifoliaPoepp. & Endl.） is one of the most promising introductory species for Ukraine, and has recently started growing as a vegetable crop in our country. The leaves of this plant contain high concentrations of flavonoids, chlorogenic, coffee acids, selenium, vitamins, minerals in, which gives it strong antioxidant properties. It is shown that Yacon root tubers have a high content of sugars, most of which are fructosans （over 60%）. Most of the fructosans and sugars are in root tubers grown in the Kyiv region. The amount of HCA based on chlorogenic acid is up to 4.5% DW in the tops of Yacon leaves in the Poltava region. Its content is the largest in root tubers （2.3%） of plants grown in Kyiv region （stem reproduction）. The biochemical composition of different parts of Yacon has proved that it is promising for the diverse and healthy nutrition of astronauts for their life support in long-term space missions.
During long-term manned space flights, biological life support systems are required, so food becomes an instrument of paramount importance. Plants are an accessible source of biologically active compounds. Antioxidant deficiency decreases the body's functional activity. Vegetable foods, including non-traditional and medicinal crops, are the main and most affordable source of antioxidants for humans. Yacon （Polymnia sonchifoliaPoepp. & Endl.） is one of the most promising introductory species for Ukraine, and has recently started growing as a vegetable crop in our country. The leaves of this plant contain high concentrations of flavonoids, chlorogenic, coffee acids, selenium, vitamins, minerals in, which gives it strong antioxidant properties. It is shown that Yacon root tubers have a high content of sugars, most of which are fructosans （over 60%）. Most of the fructosans and sugars are in root tubers grown in the Kyiv region. The amount of HCA based on chlorogenic acid is up to 4.5% DW in the tops of Yacon leaves in the Poltava region. Its content is the largest in root tubers （2.3%） of plants grown in Kyiv region （stem reproduction）. The biochemical composition of different parts of Yacon has proved that it is promising for the diverse and healthy nutrition of astronauts for their life support in long-term space missions.
