火星探测器

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火星探测器的着陆与探测技术研究

火星探测器的着陆与探测技术研究

火星探测器的着陆与探测技术研究引言天文学家们一直对于火星保持着浓厚的兴趣。

对于地球来说,火星是最相似的行星,因此它成为了我们最早的太空探索目标之一。

通过探测机器人的技术,我们可以更加深入地了解火星的表面特征、大气层结构和地质结构。

随着科技的不断提升,我们的探测技术也在不断发展,每次的探测都会为我们带来更加深入的了解。

本文将介绍火星探测器的着陆与探测技术研究。

第一章火星探测器的着陆技术研究火星的着陆与探测相对于其他行星是比较容易的,但是火星缺乏大气层的保护,对着陆器的设计以及操作都提出了更高的要求。

目前,火星上已经有了大量的探测机器人,它们的着陆技术主要有以下几种:1. 空气动力着陆目前,这种技术主要是基于“太空翻滚车”发展而来的。

太空翻滚车将飞行器和着陆器分离,进入火星轨道后,通过发动机减速,进行第一次轨道修正,然后借助大气的阻力进行减速和控制航向,发射掉热护盾,发动机推力悬停,再通过绳子将着陆器缓缓降落到地面。

这种技术的优点是控制非常精准,可以实现对着陆点的准确定位,缺点是对火星大气层的了解要求比较高。

2. 曳光伞着陆这种技术主要是基于舰载机的着陆方式开发而来。

首先,火星探测器进入大气层时要打开降落伞并发射空气动力负载。

然后,通过控制火星探测器的姿态和降落伞的收缩速度,探测器可以安全着陆。

这种技术的优点是相对比较简单、成本较低,但这种技术的控制精度相对较低,着陆的区域有限。

3. 火星气垫着陆这种技术是基于载人登陆技术完善而来的。

在下降到一定高度时,火星探测器会迅速排出气体,向地面喷射气流,使得探测器在大气层抛物线段下落期间进行减速,最终在火星地面落地。

这种技术的优点是相对精度较高、并且降落的过程相对平稳,可以进行更高分辨率的科学观测。

第二章火星探测器的探测技术研究火星探测器的任务主要是探测火星的地质结构、大气层、磁场等科学数据。

其中,探测技术是非常关键的一部分。

1. 机械臂机械臂是火星探测器中最常用的技术之一。

什么是“火星探测器”?

什么是“火星探测器”?

什么是“火星探测器”?火星探测器是指专门用来探测火星的人造卫星、探测器或火星车等设备。

近几十年来,人类一直在不断地研制和发射火星探测器,旨在深入了解火星的地质、气候、生命等方面的信息,为人类未来的火星探索和殖民活动奠定基础。

1. 火星探测器的种类火星探测器根据其功能和性能可以分为轨道器、着陆器和火星车等三类。

(1)轨道器轨道器主要用于对火星的全局观测,可以测量火星的大气、表面、磁场等参数,并且可以实时传回高清晰度的火星表面图像。

目前已经有多颗轨道器成功进入火星轨道,如美国的“火星全球勘探者”、欧洲空间局的“火星快车”等。

(2)着陆器着陆器是指能够在火星表面着陆并进行科学探测的探测器,通常包括陆地探测器和月球车。

它们可以通过对火星大气、岩石、土地等方面的详细调查来解答地质活动、火山、冰川、水文、气候等重要科学问题。

目前已经有多个国家的着陆器成功降落在火星表面,如美国的“好奇号”、“机遇号”等,中国的“天问一号”等。

(3)火星车火星车是一种可以在火星表面行驶并进行科学探测的探测器,通常包括移动机械臂、探测设备、太阳能板等部件。

它们可以通过行驶和采样等方式进行更加详细和精确的探测活动,目前仍是火星探测任务中非常重要的一部分。

2. 火星探测器的研制和发射火星探测器的研制和发射需要极其严格和细致的计划和实践,包括发射窗口、引擎推力、飞行轨迹、控制命令、信息传输等等。

每个环节都需要精心设计和监控,以确保探测任务的成功完成。

目前已经有多个国家和地区成功地发射了火星探测器,如美国、欧洲、俄罗斯、印度、中国等。

3. 火星探测的意义和前景火星探测对于人类了解和探索宇宙的重要性不言而喻。

通过对火星的探测,可以更加深刻地了解和探究火星的历史、现状和未来的演化趋势。

同时,火星探测还可以为人类未来的太空探险和殖民活动提供数据支持和参考。

此外,火星探测也成为多国开展深空探测和科技创新的重要契机和平台。

总之,火星探测器的研制和发射,是人类认知宇宙和未来殖民活动的重要途径和手段。

火星探测器轨迹从地球到红色行星的路径

火星探测器轨迹从地球到红色行星的路径

火星探测器轨迹从地球到红色行星的路径在人类探索宇宙的征程中,对火星的探测一直是一个备受关注的话题。

自20世纪60年代以来,人类利用火箭技术成功地将探测器送往火星,观测该行星的特征和环境。

然而,从地球到火星的路径并非一条简单的直线,它需要历经多个阶段和复杂的轨道设计。

首先,火星探测任务通常采用抛物线轨道。

抛物线轨道的具体选择取决于出发时机和火星的位置。

为了减少燃料消耗和飞行时间,科学家和工程师需要仔细计算出最佳的发射窗口。

一般而言,当地球和火星之间的距离最短时,是进行火星任务的最佳时机。

这时通过火箭将探测器送入椭圆轨道,利用地球的引力和速度向火星加速。

接下来,为了确保探测器能够顺利抵达火星,需要进行转移轨道的规划。

转移轨道是指从地球到火星的中途轨道,它需要利用行星引力和姿态控制进行调整。

为了减少燃料消耗,科学家通常会选择引力辅助飞行。

在这种飞行方式下,探测器会经过其他行星或月亮,借助它们的引力进行速度匀增的调整,以达到最终进入火星轨道所需的速度和位置。

一旦探测器完成了转移轨道,便开始进入火星轨道。

进入火星轨道的过程需要进行精确的制动和姿态调整,以避免与火星相撞或者逸出火星引力。

探测器通常会采用远距离导航和轨道调整,通过火箭推进器或者引擎进行微小的速度改变,以保持正确的轨道和飞行方向。

最后,一旦探测器进入稳定的火星轨道,它就可以开始进行火星表面的观测和研究。

这包括拍摄高分辨率的照片、分析大气成分、探测地下水等任务。

同时,为了保证火星探测器的长期运行,科学家和工程师还需要进行轨道控制和飞行姿态调整,以避免与其他天体或轨道上的碎片相撞。

综上所述,火星探测器轨迹从地球到红色行星的路径是一个复杂而精确的过程。

它涉及抛物线轨道、转移轨道和火星轨道等多个阶段,需要精确的计划和调整。

通过科学家和工程师的努力,我们才能够在无限的宇宙中揭开火星这个神秘行星的面纱,为人类的宇宙探索事业做出贡献。

(文章字数:582)。

火星探测器技术发展及未来展望

火星探测器技术发展及未来展望

火星探测器技术发展及未来展望近年来,探索太空已经成为了人类的共同目标。

而在这其中,探索火星则成为了许多国家以及私人企业关注的焦点。

为了达到这个目标,火星探测器技术的发展也变得愈加重要。

一、火星探测器的历史首个成功登陆火星的探测器是美国NASA的“维京一号”(Viking 1),它于1976年成功降落在火星表面,成为了第一个在行星上活动的机器人。

20世纪80年代末和90年代初,欧洲和苏联开始了相继的火星探测计划,其成果如欧洲航天局的“火星快车”(Mars Express)和俄罗斯的“火星96”(Mars 96)等,这些计划让我们更深刻地了解了火星的地貌和气候。

2004年,美国NASA的另一个火星探测器——“机遇号”(Opportunity)和“瑞典号”(Spirit)一同成功降落在火星表面,它们最初的任务是在数周或数月内完成。

但由于它们的设计和技术在发展中越来越成熟,这些探测器继续发挥它们的作用直到今天。

而在2012年同样属于NASA的“好奇号”(Curiosity)登陆火星时,人们又走了一步更远。

二、火星探测器技术的发展火星探测器有许多种不同的设计,它们用于不同的环境和任务。

但在所有这些探测器中,它们的基本构造是相似的,包括控制系统和各种科学仪器。

在这些仪器中,火星探测器最令人瞩目的是激光器粒子分析仪(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,简称LIBS)。

它利用激光照射矿物质,使其发生低温等离子体形成,同时利用光谱学分析从中散射的光线,可以识别出矿物成分。

这是一种高效低耗的方法,现用于许多探测器上。

例如NASA的“好奇号”上配备的“化学与矿物学实验室”(CheMin)使用X射线衍射技术来分析样品中所含的矿物质成分。

与前面提到的火星探测器相比,中国航天科技集团的“天问一号”更加高端。

它是中国首次火星探测器任务,使用了将地外探测技术与天文观测技术完美融合的技术。

三、火星探测器的未来从技术领域的角度来看,未来火星探测器的目标与挑战是前所未有的。

火星探测器的设计与研究

火星探测器的设计与研究

火星探测器的设计与研究火星是人类最感兴趣的行星之一,自上世纪六十年代初以来,人类就一直试图实现登陆火星的梦想。

然而,火星作为离地球最近的行星之一,与地球的距离也有着显著的差异,这也导致了火星探测任务的难度相当大。

为了顺利的进行探测任务,需要精心设计和细致研究。

本文将就火星探测器的设计和研究展开论述。

一、火星探测器的任务和目标作为太阳系中地球的邻居,火星吸引了不少科学家和工程师们的关注。

根据已经进行过的探测任务的结果,火星存在土壤、水、岩石等成分,同时也存在着类似于地球呼吸的现象。

基于这些发现,火星的探测任务目标也主要集中在以下几个方向。

1. 生命探测:寻找并了解火星是否存在生命的可能性,对了解太阳系中是否存在其他的生命体系具有重要意义。

2. 地质探测:研究火星内部的构造和组成,了解火星的地质特征并寻找与地球类似的岩层,还可以为地球上的地质探测提供重要的参考。

3. 大气学和气候学探测:研究火星的天气现象,了解火星的大气成分以及气温变化,便于人类开展有效的空气和气候调节研究。

二、火星探测器的设计理念火星探测器的设计不同于人造卫星,它不但需要到达目的地,还需要在目的地进行探测,并最后将数据靠回地球。

因此,火星探测器的设计相当复杂。

1. 控制系统控制系统是火星探测器的基础,它的主要功能是确保探测器的准确探测和返回数据。

在技术上,控制系统主要包含如下功能:预测、密钥定义、轨道计算和控制策略。

2. 供电系统供电系统是火星探测器的灵魂,其主要任务是确保科研探测质量和较长的寿命。

火星探测器处于极为恶劣的环境下,比如说适应针对性低的粉尘、强烈的辐射等等,不同的环境因素也会对供电系统提出不同的挑战。

3. 传感器系统探测器需要在火星地表进行长时间的探测,为了获取到足够的数据,探测器需要配备一系列多种功能的传感器。

传感器的主要功能是检测并记录火星的温度、大气成分、地表形态等数据。

三、全球火星探索研究现状当前,全球共有40多个国家和国际组织展开了来自200多个项目的火星探险工作,活动范围包括探月、探火和探宇宙等。

火星探测仪工作原理是什么

火星探测仪工作原理是什么

火星探测仪工作原理是什么
火星探测仪的工作原理是通过搭载各种仪器和设备,在火星附近轨道上或者火星表面上进行观测、测量、探索和记录。

火星探测仪主要依靠以下几个方面的技术实现:
1. 轨道器或者着陆器:火星探测任务中通常会搭载轨道器和着陆器。

轨道器可以绕火星轨道飞行,通过遥感和探测仪器进行远距离的观测和测量;着陆器则能在火星表面降落,将仪器和设备放置在火星上,进行近距离的观察和测试。

2. 遥感技术:火星探测仪搭载各种遥感仪器,如摄像机、红外光谱仪、X射线仪等,可以对火星的表面进行远程观测和图像采集。

通过分析这些数据,科学家可以获得对火星大气、地貌、地质等方面的重要信息。

3. 环境探测仪器:火星探测仪还搭载了多种环境探测仪器,用于测量火星的温度、压力、湿度、辐射等环境条件。

这些数据有助于了解火星的气候、天气和人类在火星表面进行探测任务的可行性。

4. 化学和生命探测仪器:火星探测仪还搭载了一些化学和生命探测仪器,如质谱仪、气象设备和生命探测仪器等。

通过分析火星土壤和岩石的成分,寻找有机物和生命迹象,科学家可以进一步研究火星的生命适宜性和地质特征。

5. 通信系统:探测器配备了通信系统,可以与地球进行数据传输和命令控制。

由于火星与地球之间的通信距离较远,需要使
用强大的通信设备和技术,以确保数据可靠传输和指令传达。

综上所述,火星探测仪通过各种仪器和设备的配合工作,可以对火星的环境、地质构造、地貌、气候、生命迹象等进行探测和研究,为人类进一步探索火星提供了重要的科学数据。

火星探测器工作原理

火星探测器工作原理

火星探测器工作原理火星探测器是一种用于探索火星表面和大气的科学仪器,通过使用各种传感器和仪器,可以获取关于火星的重要数据和图像。

它们被设计用于在太空中进行长期探索任务,以了解火星的地质学、气候、表面特征以及可能存在的生命迹象。

在本文中,我们将深入探讨火星探测器的工作原理。

一、火星探测器组成火星探测器通常由以下几个主要组成部分构成:1. 车身和巡航系统:火星探测器的车身是它的移动平台,通常由轮子或履带组成,以便在火星表面进行移动。

巡航系统包括电池、太阳能电池板等能源装置,以提供能量供应。

2. 着陆系统:火星探测器的着陆系统是确保它们安全降落在火星表面的重要组成部分。

这包括降落伞、气囊和推进器等。

3. 通信系统:火星探测器必须与地球进行通信以传输数据和指令。

通信系统由天线、射频收发设备等组成。

4. 仪器和传感器:火星探测器装备了多种仪器和传感器,用于测量火星的大气成分、地质特征和表面温度等。

其中包括光学相机、热辐射计、气象仪器等。

5. 防护系统:火星表面的环境极为恶劣,探测器必须能够抵御极端温度、辐射和尘暴等不利条件。

防护系统包括保温材料、太阳能电池板的抗辐射能力等。

二、火星探测器的工作原理火星探测器在执行任务时,遵循以下一般工作原理:1. 着陆与部署:火星探测器在进入火星大气层后,通过使用降落伞减速,同时使用推进器稳定降落。

一旦安全着陆,探测器会部署太阳能电池板,以获取能源。

2. 动力和导航:火星探测器使用轮子或履带进行移动,并通过操纵轮子或调整履带的转动速度来控制方向和速度。

导航系统使用陀螺仪、惯性传感器和星载系统以保证探测器正确导航。

3. 数据采集和仪器运作:火星探测器上的各种仪器和传感器会收集大量数据和图像,并通过通信系统传输回地球。

光学相机用于拍摄火星表面的图像,热辐射计用于测量火星的温度,气象仪器用于记录大气状况等等。

4. 数据传输与接收:火星探测器通过天线将收集到的数据和图像发送回地球。

火星探测器的设计及其探测任务研究

火星探测器的设计及其探测任务研究
其次,探测器结构需要具备稳定性,并且应能够承受探测任务所要求的环境条件,如火星上的风暴、沙尘暴等。此外,探测器结构中也需要考虑对载荷的适应性。
接下来,探测器的载荷设计需要考虑多种仪器和工具,以满足探测任务的需求。例如,一台火星探测器可能需要装备摄像机、光谱仪、雷达仪、气象设备等多种探测器,以实现对火星表面、大气和磁场等多个方面的全面探测。
火星大气探测也是火星探测任务研究的关键之一。研究火星大气可以了解其气候、温度和压力等情况,从而更好地研究火星的天气变化、水循环等现象。此外,还可以研究火星大气中的气体成分,从而更好地了解火星的起源和演化历史。
另外,对火星磁场的探测也是研究任务之一。星磁场与地球磁场的不同,可以为地球磁场的研究提供重要的参考资料。同时,还可以研究火星磁场对火星大气和生命的影响。
火星探测器的设计及其探测任务研究
火星是人类未来的探索目标之一,而一个可靠的火星探测器是实现这一目标的关键之一。因此,火星探测器的设计和探测任务研究是当今航天科技领域的重点之一。
一、火星探测器的设计
火星探测器的设计需要考虑多个方面,包括外观设计、探测器结构、载荷设计、电子组件等多个方面。首先,外观设计需要考虑重量和体积的限制,同时也需要考虑探测器在离开地球进入太空的过程中所面临的任何环境因素,如辐射、温度、气压等。
最后,电子组件也是火星探测器设计中至关重要的因素之一。电子组件不仅需要满足探测任务的需求,同时也需要承受火星环境带来的挑战,如辐射和温度等。
二、火星探测器的探测任务研究
火星探测器的探测任务研究包括对火星表面、大气、磁场等多个方面的探测。其中,火星表面探测是最为重要的任务之一,需要对山脉、峡谷、火山、沙丘等多种地形进行探测,以确定火星表面的形态和构成。此外,还需要对火星地表进行采样,并进行分析和测试,以探索其中的生命迹象。
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YH-1火星探测器各分系统设计简要介绍YH-1火星探测器是我国独立研制的第一颗火星探测器,其研制周期短(仅为23 月) ,技术难度大。

如超远距离( 3. 56 亿公里) 测控通信技术,要求星上能接收非常微弱的信号,星上接收机具高灵敏度;通信信号以光速往返需约40 min,要求星上具有姿态确定和高度自主的控制能力;入轨后太阳阵压紧 11个月后展开释放及部分电子器件的休眠唤醒技术;环火2 个月后面临7 轨共 21 d,最长 8. 8 h 的长火影影响,要求具超低温控制和休眠唤醒技术;探测器总质量小于 115 kg,要求采用整星小型化、轻型化技术;采用整星甚低剩磁控制技术等。

因此,YH -1火星探测器面临特殊环境设计的多种技术难点。

作为我国独立研制的第一颗火星探测器,YH-1火星探测器对后续的火星探测器的设计具有很高的参考价值。

本文对YH-1的各个分系统进行简要介绍。

1. 任务分析1.1 任务功能、组成及主要技术指标火星是位于地球轨道外侧最近的一颗行星。

通过探索火星, 人类希望建立第二家园和寻找地球以外的生命。

火星研究主要包括磁场、大气与气候、空间环境、地貌和水消失的痕迹等。

火星围绕太阳公转1年需687d, 而地球围绕太阳公转1 年365d, 因此火星与地球每2 年有1 次靠近机会。

火星距地球表面最近处5.670 *107 km, 离地球表面最远处3. 559 4*108 km。

火星的光强仅为地球的43.1%。

火星探测器从发射至抵达火星轨道需飞行10. 5~11. 5 月。

YH-1火星探测器将环绕火星轨道探测火星的空间环境, 对火星的空间磁场、电离层和粒子分布及其变化规律, 表面物质粒子等进行科学研究。

1.1.1 任务功能YH-1 探测器的主要任务功能有:研究火星的空间环境,如火星的弓激波和磁鞘等;探测火星空间环境,包括火星磁层的形状与结构、各空间区域等离子体特性与分布;火星电离层密度剖面,特别是首次探测正午和子夜电离层区域的特性及背阳面电离层的产生机制;研究火星离子逃逸的物理过程、输运机制,探索火星表面水损失途径和机制,以及空间环境对可能存在的火星生命影响;针对太阳风与有弱内禀磁场的火星空间环境的相互作用,开展比较行星学研究,以更好地认识地球的空间环境。

除自身的科学探测和光学成像外,YH-1火星探测器将与俄FGSC 火星探测器联合进行首次国际火星电离层的掩星探测, 如图1所示。

图中: S1为大椭圆轨道的中方YH-1探测器;S2为俄罗斯FGSC探测器。

掩星接收机接收俄FGSC飞行器上的信标信号,测量信号幅值和载波相位。

通过地面后处理,获得火星电离层的电子密度和总电子含量。

图1为YH-1与俄罗斯FGSC 火星探测器开展掩星探测轨迹。

图 1 YH -1 与俄罗斯 FGSC火星探测器开展掩星探测轨迹1. 2 组成YH-1 火星探测器有效载荷包括离子分析器I、II,电子分析器,掩星接收,磁强计A/ B和光学成像仪I、II等8台有效载荷。

YH-1 火星探测器由探测器本体和太阳电池阵组成。

探测器本体为六面体, 外形长750 mm *宽750 mm *高600 mm;太阳电池阵展开后长6.85 m,如图2所示。

通过甚长基线干涉测量( VLBI) 测轨+ 多普勒单向测速方法获取空间位置参数以确定探测器轨道; 数传分系采用直接对地球通信方式。

高增益数传天线最大直径950 mm。

探测器由综合电子及有效载荷数管计算机实现整星管理、运算和控制。

星体内部主要安装有效载荷、电源、姿控、测控数传和综合电子等分系统, 星体外部安装有效载荷传感器、姿态敏感器、推力器、接收天线和发射天线等部件。

为满足有效载荷正常工作和深空通信对姿控的要求, 探测器正常运行期间采用星敏感器+ 惯性基准测量姿态, 由4个反作用飞轮组成零动量控制方式实现对日、对地、对火和对俄FGSC 探测器定向的三轴稳定姿态控制。

图 2 YH -1 火星探测器构型1. 3 主要技术指标探测器总体主要技术指标为:发射质量小于115 kg;六面体;功率,在轨运行段长期150W,短期200W;大椭圆轨道;轨道倾角0b~ 5b;近火点高度400~ 1 000 km,远火点高度74 000~ 80 000 km;姿控采用零动量控制三轴稳定,氨气推进;电源采用全调节母线电源控制方式,双翼三结砷化镓太阳能电池,面积4.674m2 ,锂离子蓄电池;测控数传,X频段,CCSDS规范;31750CPU中央数据处理器;板式结构;被动热控为主,辅以主动热控;可靠性0.65( 寿命末期);寿命, 暂定1年。

2. 姿态轨道控制分系统YH-1火星探测器是一颗三轴稳定控制卫星其姿态控制分系统以三轴稳定方式控制器体姿态进行火星成像(对火定向)、获取能源(对日定向)、对地数传(对地定向),以及控制器体指向空间的某一方位(掩星科学试验)等。

姿态确定系统根据控制模式采用不同的姿态确定算法:在粗对日模式下通过星体模拟太阳角计获取姿态信息,在其他模式下根据陀螺测量信息计算姿态,并使用星敏作周期性修正。

姿态控制分系统主要使用反作用飞轮的比例积分微分(PID)控制和喷气开关控制。

此外,喷气执行机构还用于动量卸载。

2.1 分系统特点YH-1火星探测器姿态控制分系统工作模式的设置和分系统控制方案的设计与其任务要求密切相关。

与地球轨道卫星相比,火星探测器姿态控制分系统有以下特点:a)因所处环境温度变化范围较大,系统单机须具备相应的适应能力,如飞轮能在-30℃低温下启动等。

b)探测器本体安装有与地面通信的窄波束高增益天线,因此在稳态运行阶段须保持高精度的地球指向控制。

c)YH-1火星探测器距离地球3.8亿千米,上行指令往返1次耗时约40min在初始分离轨阶段和长期在轨运行阶段,无法像常规地球卫星那样使用地面测控支持手段,需依赖系统的自主控制能力,维持在轨正常运行。

d)当火星公转至某一特定位置,即太阳处在地球和火星连线的中间(日凌,如图3所示)而影响通信链路的畅通时,须保证探测器仍能安全运行。

e)对质量的限制非常严格,以最少的部件组成高可靠性系统且满足各种性能要求。

图3 日凌示意2.2 分系统组成YH-1火星探测器姿态控制分系统由推力器6台、反作用飞轮4只、微机械陀螺4只、APS星敏感器2台和模拟太阳角计4只组成,如图4所示。

分系统单机质量见表1。

图4 姿态控制分系统组成表1 姿态控制分系统单机质量4只微机械陀螺采用三正交一斜装的安装方式,每只55g,功率不大于300mW,可测最大角速度10°/s。

该陀螺的特性受温度影响较大,零偏稳定性不大于20°h,全工作温度范围内零位变化不大于0.1°/s。

4只反作用飞轮也采用小型化设计,安装方式与陀螺相同。

飞轮最大角动量0.1N*m*s,输出力矩不小5mN*m ,轴承摩擦力矩不大于1mN*m,质量不大于1.1kg,星敏感器质量1.1kg。

4只模拟太阳角计为金字塔结构,每只质量不大于190g。

3. 结构分系统结构分系统作为探测器的服务分系统,负责将探测器各系统单机组装成有机统一的整体,并保证结构在各种环境载荷下的稳定性。

YH-1火星探测器搭载于俄罗斯福布斯-土壤火卫一(FGSC)火星探测器上,对质量的要求较苛刻。

卫星结构的质量比一般随整星质量的增加而减小。

目前,我国中等质量(约1t)卫星的结构比重为22%~29% 而YH-1火星探测器总质量为115kg,结构分系统的质量指标为20kg,质量比仅17.4%。

此外YH-1火星探测器通过爆炸螺栓与FGSC火星探测器桁架适配器点式连接,要求基频大于40Hz,该刚度值约为常规卫星的3倍,一旦点式连接设计不当,极易造成结构刚度下降。

再者,YH-1火星探测器的主要任务是探测火星周围的磁场,携带的磁强计载荷要求星体剩磁矩不大于500mA*m2,结构分系统剩磁矩不大于,30500mA*m2,该指标远高于常规卫星结构分系统剩磁矩不大于150mA*m2的要求.因此,结构分系统的设计难度较大。

YH-1火星探测器结构分系统采用复合板式箱体结构,由本体结构和适配器两部分组成。

本体结构包括承力框架、层板和侧板。

承力框架(包括上下承力框架)为探测器的主承力结构,承担探测器载荷的主传力作用,同时将本体分隔成各自独立的综合电子模块区、电源模块区、推进模块区、载荷数管模块区和控制模块区2个、平台服务区2个。

承力框架为轻合金结构,采用T、L型板筋设计,通过机加工整体成型。

腹板厚度1.5mm,边缘翼板厚度4mm。

层板和侧板为比强度、比刚度较高的蜂窝夹芯板,由面板、蜂窝芯子和胶层组成。

铝面板厚度0.3mm,蜂窝芯采用有孔六边形蜂窝。

根据各板承担载荷的不同,底板、中层板、顶板、侧板的厚度分别为20,18,20,10mm。

桁架适配器为四组三角形桁架组成的方形刚架结构,由全铝合金焊接而成。

桁架适配器上法兰与器体的连接采用钛合金材料,可实现两者的隔热连接。

本体与桁架适配器用4组3-M8螺钉连接。

YH-1火星探测器结构如图5所示。

图5 YH-1火星探测器结构4. 热控分系统热控分系统为YH-1火星探测器提供合适的热环境,以确保仪器设备在不同的飞行阶段可靠地工作在规定的温度范围。

该探测器搭载于俄罗斯福布斯-土壤(FGSC)火星探测器上,从地球轨道向火星轨道转移的约10月内,YH-1火星探测器处于俄方探测器过渡桁架内,不受太阳直照。

绕火星飞行期间,YH-1火星探测器经历8.8h的火星阴影,器外热流几乎为0,且无足够的能源进行加热补偿。

同时,分配给热控分系统的质量和功耗等资源有限。

这增加了热控分系统方案设计及产品设计的难度。

4.1 设计难点探测器的空间环境、姿态等的变化引起的外热流变化剧烈。

探测器从地球运行到火星轨道的10月内,太阳辐射强度从地球附近平均1367W/m2。

减小到火星附近平均589 W/m2。

火星向阳面和背阳面温差约150℃,对YH-1火星探测器在近火点附近的外热流影响较大。

YH-1火星探测器绕火星轨道运行于大椭圆轨道,在近火点,远火点附近所接收的火星红外辐照和反照差异较大。

4.2 方案设计YH-1火星探测器热控分系统采用被动热控为主,电加热器主动热控为辅的设计方案。

热控措施主要有热管、涂层、隔热多层、电加热器、隔热垫块、导热硅脂等,如图6所示。

根据热控分系统设计准则、热控设计特点和探测器的工况分析,制定热控设计措施:a)长时间巡航段,在探测器外的桁架上包敷隔热材料,YH-1火星探测器可处于较有利的外部环境。

b)兼顾高低温工况,选取合适的散热面位置和大小,使器上单机的温度在各阶段和各工作模式下处于合适的温度范围。

c)布局设计时发热较大的单机布置于散热面附近,发热小及对温度要求高的单机布置在探测器内部。

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