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火星环绕探测发展现状与趋势

张玉花,朱新波,谢攀,徐亮

张玉花, 朱新波, 谢攀, 徐亮. 火星环绕探测发展现状与趋势[J]. 深空探测学报(中英文). doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220008
引用本文: 张玉花, 朱新波, 谢攀, 徐亮. 火星环绕探测发展现状与趋势[J]. 深空探测学报(中英文).doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220008
ZHANG Yuhua, ZHU Xinbo, XIE Pan, XU Liang. Current Situation and Trend of Mars Orbiting Exploration[J]. Journal of Deep Space Exploration. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220008
Citation: ZHANG Yuhua, ZHU Xinbo, XIE Pan, XU Liang. Current Situation and Trend of Mars Orbiting Exploration[J].Journal of Deep Space Exploration.doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220008

火星环绕探测发展现状与趋势

doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220008
基金项目:国家自然科学基金(U21B2050,12102265);上海市深空探测技术重点实验室(18DZ2272300)
详细信息
    作者简介:

    (1968− ),女,研究员,主要研究方向:深空探测器总体设计。通讯地址:上海市闵行区元江路3888号(201109)电话:(021)24180070E-mail:wakexie@163.com

  • ● As an important exploration form, orbiting exploration can obtain Martian surface topography, global image, surface geological structure, meteorological information and other exploration data by means of remote sensing. ● Through remotely-sensed image, a safe landing site can be selected for Mars Rover. ● The Mars Orbiter of Tianwen-1 integrated three functions of “orbiting, transporting and relaying” to maximize exploration efficiency. ● The independent management capability of Mars orbiter is constantly improving. ● The new capabilities of Mars orbiter for future Mars sampling and return missions are presented.
  • 中图分类号:V11

Current Situation and Trend of Mars Orbiting Exploration

  • 摘要:基于火星环绕探测的任务需求,围绕行星际转移及环火飞行的约束条件和环境特点,首先分析了火星环绕探测任务面临的主要技术难点,结合火星环绕器的任务要求和功能特点,总结了火星环绕探测的关键技术和解决途径,主要有自主安全捕获控制、长日凌自主管理、高速测控数传一体化、多码率自适应中继通信等技术。随后综述了环绕探测平台功能及技术的发展历程、趋势和创新性,具体有对地通信速率、导航与变轨能力、结构承载与推进系统等,根据未来火星探测需求,分析了环绕平台需要发展的新能力。最后,对未来环绕探测方向进行了分析。
    Highlights
    ● As an important exploration form, orbiting exploration can obtain Martian surface topography, global image, surface geological structure, meteorological information and other exploration data by means of remote sensing. ● Through remotely-sensed image, a safe landing site can be selected for Mars Rover. ● The Mars Orbiter of Tianwen-1 integrated three functions of “orbiting, transporting and relaying” to maximize exploration efficiency. ● The independent management capability of Mars orbiter is constantly improving. ● The new capabilities of Mars orbiter for future Mars sampling and return missions are presented.
  • 表 1人类已经发射的火星探测器统计表

    Table 1Statistics of Mars probes launched by mankind

    探测器类型 国家 成功/次 部分成功/次 失败/次 合计/次
    飞越 苏联 6 6
    美国 3 2 5
    环绕器 苏联 1 5 6
    美国 5 2 7
    日本 1 1
    印度 1 1
    阿联酋 1 1
    着陆器 苏联 1 1 2
    美国 7 1 8
    环绕器
    着陆器
    (巡视器)
    苏/俄 3 4 7
    美国 2 2
    欧洲
    航天局
    2 2
    中国 1 1
    合计 20 7 22 49
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    表 2火星探测器中低增益天线发展情况

    Table 2Development of low-gain antennas in Mars probes

    探测器 低增益天线 中增益天线 设计考虑
    “水手”系列 收发共用,波束 ± 45°,轴向7 dBi 收发共用,波束 ± 18°,轴向14 dBi 飞行过程发动机工作期间对地全覆盖
    “海盗”系列 收发共用,波束 ± 45°,轴向7 dBi 收发共用,波束 ± 18°,轴向14 dBi 飞行过程发动机工作期间对地全覆盖
    “火星全球勘测者” 收发分开,波束 ± 40°,轴向6.5 dBi 飞行过程发动机工作期间对地全覆盖
    “奥德赛” 接收,波束 ± 41°,轴向7 dBi 发射,波束 ± 14°,轴向16.5 dBi 飞行过程发动机工作期间对地全覆盖
    “火星勘测轨道器” 收发共用,波束 ± 35°,轴向8 dBi 飞行过程发动机工作期间对地全覆盖
    “天问一号”火星环绕器 收发分开,波束 ± 50°,轴向5 dBi 仅发射,波束 ± 25°,轴向5 dBi 关键阶段对地全覆盖
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    表 3火星环绕器捕获控制策略

    Table 3Mars orbit insert control strategy

    探测器 发动机 轨道 轨控策略 关机条件
    奥德赛 轨控703 N
    姿控22 N
    近火点高度405 km
    倾角93°
    在点火过程中,探测器姿态保持匀角速率 速度变化量达到目标值ΔV,同时点火时间满足:
    1115~1 225 s
    火星快车 轨控400 N
    姿控10 N
    近火点高度380 km
    倾角25°
    姿态保持匀角速率
    或姿态保持沿迹反方向
    速度变化量达到目标值ΔV,点火时为:标称点火时间至1.1倍标称点火时间
    火星勘探
    轨道器
    轨控6 × 170 N
    姿控22 N
    近火点高度518 km
    倾角93.5°
    姿态保持匀角速率 速度变化量达到目标值ΔV,点火时为:标称点火时间至1.1倍标称点火时间
    “天问一号”火星环绕器 轨控3 000 N
    姿控120 + 25 N
    近火点高度400 km
    倾角11°
    姿态保持匀角速率
    或惯性定向
    速度变化量达到目标值ΔV,点火时为:0.9倍标称点火时间至1.1倍标称点火时间
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出版历程
  • 收稿日期:2022-02-09
  • 修回日期:2022-03-20
  • 网络出版日期:2023-02-19

火星环绕探测发展现状与趋势

doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220008
    基金项目:国家自然科学基金(U21B2050,12102265);上海市深空探测技术重点实验室(18DZ2272300)
    作者简介:

    (1968− ),女,研究员,主要研究方向:深空探测器总体设计。通讯地址:上海市闵行区元江路3888号(201109)电话:(021)24180070E-mail:wakexie@163.com

  • ● As an important exploration form, orbiting exploration can obtain Martian surface topography, global image, surface geological structure, meteorological information and other exploration data by means of remote sensing. ● Through remotely-sensed image, a safe landing site can be selected for Mars Rover. ● The Mars Orbiter of Tianwen-1 integrated three functions of “orbiting, transporting and relaying” to maximize exploration efficiency. ● The independent management capability of Mars orbiter is constantly improving. ● The new capabilities of Mars orbiter for future Mars sampling and return missions are presented.
  • 中图分类号:V11

摘要:基于火星环绕探测的任务需求,围绕行星际转移及环火飞行的约束条件和环境特点,首先分析了火星环绕探测任务面临的主要技术难点,结合火星环绕器的任务要求和功能特点,总结了火星环绕探测的关键技术和解决途径,主要有自主安全捕获控制、长日凌自主管理、高速测控数传一体化、多码率自适应中继通信等技术。随后综述了环绕探测平台功能及技术的发展历程、趋势和创新性,具体有对地通信速率、导航与变轨能力、结构承载与推进系统等,根据未来火星探测需求,分析了环绕平台需要发展的新能力。最后,对未来环绕探测方向进行了分析。

注释:
1) ● As an important exploration form, orbiting exploration can obtain Martian surface topography, global image, surface geological structure, meteorological information and other exploration data by means of remote sensing. ● Through remotely-sensed image, a safe landing site can be selected for Mars Rover. ● The Mars Orbiter of Tianwen-1 integrated three functions of “orbiting, transporting and relaying” to maximize exploration efficiency. ● The independent management capability of Mars orbiter is constantly improving. ● The new capabilities of Mars orbiter for future Mars sampling and return missions are presented.

English Abstract

张玉花, 朱新波, 谢攀, 徐亮. 火星环绕探测发展现状与趋势[J]. 深空探测学报(中英文). doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220008
引用本文: 张玉花, 朱新波, 谢攀, 徐亮. 火星环绕探测发展现状与趋势[J]. 深空探测学报(中英文).doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220008
ZHANG Yuhua, ZHU Xinbo, XIE Pan, XU Liang. Current Situation and Trend of Mars Orbiting Exploration[J]. Journal of Deep Space Exploration. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220008
Citation: ZHANG Yuhua, ZHU Xinbo, XIE Pan, XU Liang. Current Situation and Trend of Mars Orbiting Exploration[J].Journal of Deep Space Exploration.doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220008
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