中文核心期刊

中国科技核心期刊

中国科学引文数据库（CSCD）来源期刊

中国高校百佳科技期刊

中国宇航学会深空探测技术专业委员会会刊

高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码
x 关闭 永久关闭

主带彗星探测的科学目的及光谱仪设计构想

李碧岑,殷建杰,张昊,王伟刚

downloadPDF
文章导航> 深空探测学报(中英文）> 2019> 6(5): 488-495
李碧岑, 殷建杰, 张昊, 王伟刚. 主带彗星探测的科学目的及光谱仪设计构想[J]. 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(5): 488-495. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.010
引用本文: 李碧岑, 殷建杰, 张昊, 王伟刚. 主带彗星探测的科学目的及光谱仪设计构想[J]. 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(5): 488-495.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.010
shu
LI Bicen, YIN Jianjie, ZHANG Hao, WANG Weigang. Scientific Objectives and Design Concepts of Onboard Spectrometers for Main Belt Comets Exploration[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2019, 6(5): 488-495. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.010
Citation: LI Bicen, YIN Jianjie, ZHANG Hao, WANG Weigang. Scientific Objectives and Design Concepts of Onboard Spectrometers for Main Belt Comets Exploration[J].Journal of Deep Space Exploration, 2019, 6(5): 488-495.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.010
shu

主带彗星探测的科学目的及光谱仪设计构想

doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.010
  • 1.

    北京空间机电研究所, 北京 100094

  • 2.

    中国地质大学(武汉) 地球科学学院, 武汉 430074

基金项目:国家自然科学基金（11773023，U1631124）

Scientific Objectives and Design Concepts of Onboard Spectrometers for Main Belt Comets Exploration

  • 1.

    Beijing Institute of Space Mechanics and Electricity, Beijing 100094, China

  • 2.

    School of Earth Sciences, China University of Geosciences(Wuhan), Wuhan 430074, China

  • 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。
    Abstract:The discoveries of main belt comets (MBC) in early twentieth century have attracted great interests of the planetary society, as the water ice and other volatile rich MBCs are located in the main belt and thus may have played a fundamental role in supplying water to the early Earth. Therefore, MBCs are very interesting and important candidate objects for the near future space missions. The scientific objectives of optical and infrared spectrometers for a flyby mission are summarized. Then the major technical specifications for the spectrometers are proposed based on the optical and thermal properties of the main belt comet 133P/Elst-Pizarro, one of the major targets. The spectral coverage of the proposed spectrometeris from 0. 4 to 50 μm, which is realized by two spectrometers covering 0. 4~5 μm and 5~50 μm, respectively. The visible and infrared imaging spectrometer (VIIS) is a very compact grating spectrometer covering 0. 4 to 5 μm with a spectral resolution of 5 nm in the visible and 10nm in the infrared. The spatial resolution of the VIIS is 0. 5 m at an observational distance of 5km. The signal to noise ratio of the spectrometer is better than 100 using cryogenic optics technology. Thermal emission spectrometer (TES) is a time modulated Fourier transform spectrometer. The core component of TES is one interferometer with two cube corners and swing arms which covers 5~50 μm. The spectral resolution of TES is 8 cm-1. The spatial resolution of TES is 10 m at an observational distance of 5 km. A pyro-electric detector is used for the TES, working at ambient temperature. The key technologies and specifications for the two instruments are described and analyzed. The current results provide important information for engineering development in the future.
  • [1] HSIEH H H, JEWITT D C. A population of comets in the main asteroid belt[J]. Science, 2006, 312(5773):561-563.
    [2] HSIEH H H, JEWITT D C, LACERDA P, et al. The return of activity in main-belt comet 133P/Elst-Pizarro[J]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2010, 403(1):363-377.
    [3] SNODGRASS C, JONES G H, BOEHNHARDT H, et al. The Castalia mission to Main Belt Comet 133P/Elst-Pizarro[J]. Advances in Space Research, 2018, 62(8):1947-1976.
    [4] Main-belt comet[EB/OL].[2018-06-20] https://en.wikipedia.org/wiki/Main-belt_comet#Members.
    [5] CORADINI A, CAPACCIONI F, DROSSARI P et al. VIRTIS:The imaging spectrometer of the ROSETTA mission[J]. Advances in Space Research, 1999, 24(9), 1095-1104.
    [6] BANULO S, TOZZI, G P, BEOHNHARDT H, et al. Polarimetry and photometry of the peculiar main-belt object 7968133P/Elst-Pizarro[J]. Astronomy&Astrophysics, 2010, 514:a99-1-13.
    [7] LICANDRO J, CAMPINS H, TOZZI G P, et al. Testing the comet nature of main belt comets, the spectra of 133P/Elst-Pizarro and 176P/LINEAR[J]. Astronomy&Astrophysics, 2011, 532:A65-1-7.
    [8] ROUSSELOT P, DUMAS C, MERLIN F. Near-infrared spectroscopy of 133P/Elst-Pizarro[J]. Icarus, 2011, 211:553-558.
    [9] BAUER J M, MAINZER A K, GRAV T, et al. WISE/NEOWISE observations of active bodies in the main belt[J]. The Astrophysical Journal, 2012, 747(1):49-1-9.
    [10] BARUCCI M A, DOTTO E, BRUCATO J R, et al. 10 Hygiea:ISO infrared observations[J]. Icarus, 2002, 156:202-210.
    [11] BELLUCCI G, ALTIERI F, BIBRING J P, et al. OMEGA/Mars Express:Visual channel performances and data reduction techniques[J]. Planetary and Space Science, 2006, 54:675-684.
    [12] CORADINI A, CAPACCIONI F, DROSSART P, et al. VIRTIS:an imaging spectrometer for the ROSETTA mission[J]. Space Science Reviews, 2007, 128:529-559.
    [13] CHRISTENSEN P R, BANDFIELD J L, HAMILTON V E, et al. The Mars Global Surveyor Thermal emission spectrometer experiment:investigation description and surface science results[J]. Geophys. Res., 2001, E10(106):23823-23871.
    [14] CHRISTENSEN P R, JAKOSKY B M, KIEFFER H H, The thermal emission imaging system for the Mars 2001 Odyssey mission[J]. Space Sci. Rev., 2004, 110:85-130.
    [15] BANDFIELD J L, ROGERS D, SMITH M D, et al. Atmospheric correction and surface spectral unit mapping using Thermal Emission Imaging System data[J]. J. Geophys. Res., 2004, 109:E10008-1-17.
    [16] 欧阳自远.嫦娥二号的初步成果[J].自然杂志, 2013, 35(6):391-395. OU-YANG Z Y. Chang'E-2 preliminary results[J]. Chinese Journal of Nature, 2013, 35(6):391-395.
    [17] 赵葆常,杨建峰,常凌颖,等.嫦娥一号卫星成像光谱仪光学系统设计与在轨评估[J].光子学报, 2009, 38(3):479-483. ZHAO B C, YANG J F, CHANG L Y, et al. Optical design and on-or-bit performance evaluation of the imaging spectrometer for Chang'E-1 lunar satellite[J]. Acta Photonica Sinica, 2009, 38(3):479-483.
    [18] 代树武,吴季,孙辉先,等.嫦娥三号巡视器有效载荷[J].空间科学学报, 2014, 34(3):332-340. DAI S W, WU J, SUN H X, et al. Chang'E-3 lunar rover's scientific payloads[J]. Chinese Journal of Space Science, 2014, 34(3):332-340.
  • [1] 李海涛, 程承, 黄磊, 陈少伍, 李宇波, 强立, 康凯.“嫦娥五号”发射及入轨段X频段测控任务设计. 深空探测学报(中英文）, 2022, 9(2): 183-190.doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210099
    [2] 肖雄, 姜春华, 杨国斌, 赵正予.星载等离子体探测仪回波的模拟研究. 深空探测学报(中英文）, 2022, 9(2): 230-236.doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210127
    [3] 余金霏, 赵海斌, 吴昀昭.基于碳质球粒陨石的小行星水蚀变光谱学研究. 深空探测学报(中英文）, 2022, 9(6): 1-9.doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220077
    [4] 卢皓, 张辉, 张朕, 于天一, 崔晓峰, 胡晓东, 费立刚.火星车多光谱相机桅杆精确指向控制方法. 深空探测学报(中英文）, 2022, 9(5): 1-6.doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220007
    [5] 肖大舟, 王立科, 韩超, 刘宇翔, 贺瑞聪, 曹倩.一种异形轻量化空间光谱仪铝反射镜结构设计. 深空探测学报(中英文）, 2022, 9(5): 542-550.doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220012
    [6] 于登云, 邱家稳, 向艳超.深空极端热环境下热控材料研究现状与发展趋势. 深空探测学报(中英文）, 2021, 8(5): 447-453.doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20210042
    [7] 陈如荣, 张海燕, 金乘进, 高智胜, 朱岩, 岳友岭, 朱凯.FAST VLBI系统和观测研究. 深空探测学报(中英文）, 2020, 7(2): 136-143.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20190618001
    [8] 孔令高, 张爱兵, 田峥, 郑香脂, 王文静, 刘勇, 丁建京.自主火星探测高集成离子与中性粒子分析仪. 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(2): 142-149.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.02.005
    [9] 丹尼尔T.布瑞特.小行星与陨石的光谱联系. 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(5): 437-447.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.004
    [10] 金海波, 凌晨, 李静波.航天器用可变发射率热控器件的研究进展. 深空探测学报(中英文）, 2018, 5(2): 188-200.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.02.012
    [11] 郭弟均, 刘建忠, HEADW.James, 李帅, POTTERW.K.Ross, 林红磊.月球阿波罗盆地区域月壳结构及光谱特征. 深空探测学报(中英文）, 2018, 5(5): 488-494.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.013
    [12] 关昭, 乔卫东, 杨建峰, 薛彬, 陶金有.火星多光谱相机的地面几何标定研究. 深空探测学报(中英文）, 2018, 5(5): 465-471.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.009
    [13] 舒嵘, 徐卫明, 付中梁, 万雄, 袁汝俊.深空探测中的激光诱导击穿光谱探测仪. 深空探测学报(中英文）, 2018, 5(5): 450-457.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.007
    [14] 唐明亮, 王颖, 张学功, 古艳峰, 卢亮亮.一种探月任务多窗口发射轨道设计方法. 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(2): 118-121.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.003
    [15] 解家春, 霍红磊, 苏著亭, 赵泽昊.核热推进技术发展综述. 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(5): 417-429.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2017.05.003
    [16] 陆璇辉, 曾大吉, 章显, 黄凯凯.冷原子干涉重力仪在深空环境下的微重力探测. 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(1): 20-25.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.003
    [17] 潘军洋, 谢懿.火星任务中星上原时τ与TCG的相对论变换. 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(1): 69-74.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.010
    [18] 郑永春, 胡国平.“新视野号”探测冥王星及柯伊伯带综述. 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(1): 3-9.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.001
    [19] 姜会林, 江伦, 付强, 董科研.空间碎片偏振光谱成像探测技术研究. 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(3): 272-277.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.03.014
    [20] 杨福全, 赵以德, 李娟, 耿海, 张天平, 周海燕.主带小行星采样返回任务中的离子电推进应用方案. 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(2): 168-173.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.011
  • 加载中
WeChat 点击查看大图
计量
  • 文章访问数:852
  • HTML全文浏览量:25
  • PDF下载量:347
  • 被引次数:0
出版历程
  • 收稿日期:2018-06-25
  • 修回日期:2018-08-31
  • 刊出日期:2019-10-01

主带彗星探测的科学目的及光谱仪设计构想

doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.010
  • 1. 北京空间机电研究所, 北京 100094
  • 2. 中国地质大学(武汉) 地球科学学院, 武汉 430074
    • 基金项目:国家自然科学基金（11773023，U1631124）
  • 收稿日期:2018-06-25
  • 修回日期:2018-08-31
  • 刊出日期:2019-10-01

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。

English Abstract

李碧岑, 殷建杰, 张昊, 王伟刚. 主带彗星探测的科学目的及光谱仪设计构想[J]. 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(5): 488-495. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.010
引用本文: 李碧岑, 殷建杰, 张昊, 王伟刚. 主带彗星探测的科学目的及光谱仪设计构想[J]. 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(5): 488-495.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.010
shu
LI Bicen, YIN Jianjie, ZHANG Hao, WANG Weigang. Scientific Objectives and Design Concepts of Onboard Spectrometers for Main Belt Comets Exploration[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2019, 6(5): 488-495. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.010
Citation: LI Bicen, YIN Jianjie, ZHANG Hao, WANG Weigang. Scientific Objectives and Design Concepts of Onboard Spectrometers for Main Belt Comets Exploration[J].Journal of Deep Space Exploration, 2019, 6(5): 488-495.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.010
shu

    全文HTML

参考文献 (18)

目录

    /

      返回文章
      返回

        您是第976321位访问者

        版权所有: 《深空探测学报》（中英文）编辑部编辑部地址: 中关村南大街5号邮编: 100081电话: （010）81384397

        本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发 百度统计

        Baidu
        map