浅谈奔赴火星需要解决的几大关键技术
火星探索的技术和挑战
火星探索的技术和挑战火星，这个离我们最近的行星，成为了人类探索太空的重要目标。
自20世纪70年代以来，美国、欧洲、俄罗斯、印度和中国等国家都进行了多次的火星探测活动，这些活动为我们提供了许多有关这颗神秘星球的数据和信息。
为什么探索火星在许多人看来，探索火星似乎没有什么意义。
但是，实际上，火星探测任务对人类的发展具有重要的意义，因为它可以帮助我们更好地了解我们所处的宇宙和地球的生命起源。
此外，如果人类有朝一日需要逃离地球，那么火星将成为我们的另一个家园，因为它是太阳系中离我们最近的适宜居住的行星之一。
火星探索的技术为了探索火星，科学家们需要使用各种不同的技术。
火星探测任务通常分为轨道探测和着陆探测。
轨道探测的任务是在火星的轨道上运行，观察火星的地形、大气、磁场和其他物理现象等。
着陆探测则是把探测器送到火星表面，对火星的地貌、气候、化学成分等进行详细的研究。
为了完成这些任务，科学家们需要使用各种先进的技术。
例如，他们需要使用高性能计算机来处理探测器所收集到的大量数据；需要使用先进的化学和光学技术来检测火星大气和土壤中的元素和化合物；还需要使用先进的机器人和自主导航技术来控制探测器在火星表面的行动。
火星探索的挑战尽管科学家们使用了许多先进的技术，但是火星探索依然面临着许多挑战。
首先，火星环境的恶劣性使得探测任务十分困难。
火星气候的变化极端明显，有时温度将会被炎热或寒冷震荡；火星表面常常会有猛烈的风暴甚至山崩地裂。
这些极端的自然条件使得探测器工作时间非常短暂，而且容易被破坏。
除此之外，火星表面的土壤和地形非常不同寻常，使得机器人探测器的穿越难度相当大。
这样的地形还会导致探测器的摆动、滑动、沉降等运动，进一步增加了探测器故障的风险，使得探索任务变得更加困难。
最后，火星探索任务的成本也相当昂贵。
探索任务需要耗费巨资，而长时间的开发和测试周期也会导致成本的大量增加。
因此，各国政府必须十分慎重地考虑是否进行火星探索活动，以确保最大限度地减少成本和风险。
航空航天行业实现太空探索的突破关键技术是哪些
航空航天行业实现太空探索的突破关键技术是哪些航空航天行业一直以来都是科学技术的前沿领域，而实现太空探索的突破则需要众多关键技术的支持与应用。
本文将就航空航天行业实现太空探索的关键技术进行探讨，以期加深对这一领域的了解和认识。
1. 火箭发动机技术火箭发动机是航天技术中至关重要的一环，它是实现太空探索的核心动力源。
目前，常见的火箭发动机主要有化学火箭发动机和电离推进器两种类型。
化学火箭发动机是利用化学反应来提供动力，它广泛应用于几乎所有的航天器上。
而电离推进器则利用离子加速技术，通过喷射高速离子来产生推力。
这两种发动机的发展使得航空航天行业在突破地球引力、进入太空以及在太空中进行任务都变得更加可行。
2. 航天器材料技术材料技术是航空航天行业实现太空探索的另一个关键要素。
太空环境极其恶劣，航天器需要面对极低温、极高温、辐射、真空以及微重力等极端条件。
因此，航天器材料需要具备一系列特殊性能，如高强度、高耐温、耐辐射等。
钛合金、陶瓷基复合材料等材料的广泛应用，为太空探索提供了坚实的基础。
3. 导航与定位技术实现太空探索必须要有准确可靠的导航与定位技术。
在地球上，我们常常使用全球定位系统（GPS）来进行导航及定位。
然而，在太空中，GPS信号会受到干扰，使得导航与定位变得困难。
为解决这一问题，航空航天行业发展了一系列自主导航与定位技术，如星载惯性导航系统（INS）和恒星敏感器等。
这些技术使得航天器能够在太空中准确地找到目标位置，为太空探索提供了可靠的基础支持。
4. 生命保障技术太空探索意味着人类需要在极端环境下生存、工作和探索。
因此，航空航天行业必须发展生命保障技术，以确保宇航员的安全与健康。
这些技术包括航天服、氧气供应系统、废物处理系统等，可以为宇航员提供所需的生命支持。
5. 航天任务规划与控制技术航天任务的规划与控制是实现太空探索的另一个关键技术。
它包括任务的设计、轨道规划、任务调度以及对航天器进行实时监控等。
太空探索的下一步：登陆火星的科学与技术挑战
太空探索的下一步：登陆火星的科学与技术挑战引言太空探索一直以来都是人类无尽的憧憬和向往。
随着科学技术的发展，我们的目光逐渐转向了更遥远的目标：登陆火星。
火星作为太阳系中最接近地球的行星之一，一直以来都被科学家们视为生命存在的潜在场所。
然而，与此同时，登陆火星也面临着许多科学与技术上的挑战。
本文将探讨太空探索的下一步，即登陆火星的科学与技术挑战，并讨论我们应该如何克服这些挑战。
火星：人类探索的下一个目标火星是地球外唯一一个有着稳定的大气层和表面液体存在迹象的行星。
这些特征使火星成为我们探索外太空生命的最佳目标之一。
现在，我们已经能够在火星上使用探测器探测地质特征和寻找生命迹象。
然而，要想更深入地了解火星，我们需要登陆并进行更详细的研究。
第一部分：上一次的成功与挑战上一次的成功：火星探测器任务过去几十年里，人类已经成功地将多个火星探测器送上了火星。
这些探测器传回的数据为我们提供了宝贵的信息，帮助我们更好地了解火星的环境和地质特征。
例如，“好奇号”火星车已经在火星上运行了数年，传回了大量有关火星大气、地质构造和水文循环的数据。
面临的挑战：飞行和登陆技术的限制然而，尽管有过去的成功经验，登陆火星仍然面临着巨大的科学与技术挑战。
首先，火星与地球之间的距离非常遥远，太空飞行需要几个月甚至更长时间。
这对于航天器和宇航员来说都是巨大的考验，需要解决能源、粮食、水和空间等各种问题。
其次，火星的大气层比地球稀薄得多，没有足够的气压来支撑传统的翼式下降。
传统的降落伞和空气动力学制约因素无法适应火星的大气环境，这使得火星登陆成为一个更具挑战性的任务。
第二部分：攻克科学挑战水资源的探索火星被认为曾经拥有过液态水，并且可能仍然存有水冰。
水是生命存在的必要条件之一，因此探索火星的水资源对于寻找火星上的生命非常重要。
下一步，我们需要开展更深入的水资源探索研究，以确定火星上水的分布、来源和可利用性。
环境适应性的研究火星的环境与地球有很大不同，例如低重力、稀薄的大气层和高强度的太阳辐射等。
空间探索：火星殖民的科技挑战
空间探索：火星殖民的科技挑战在人类探索宇宙的征程中，火星始终是一个令人神往的目标。
然而，要将火星变成人类的第二个家园，面临着诸多科技挑战。
本文将探讨火星殖民的科技挑战以及我们可能面临的解决方案。
首先，火星的大气稀薄、温度极低以及缺乏液态水是最主要的挑战之一。
人类需要找到解决方案来应对这些环境条件。
一种可能的方法是建造密封的生态圈，提供恒温和氧气供应。
同时，可以利用地下冰层提供的水资源，并利用水资源进行植被生长，从而形成循环生态系统。
其次，火星的重力只有地球的三分之一，这会对人类身体产生不利影响，如骨质疏松等。
解决这一挑战的方法之一是通过持续的身体锻炼和药物来维持骨骼健康。
此外，科学家们还在研究利用人造重力的技术，比如离心力模拟装置，来帮助火星居民维持身体健康。
另一个挑战是太阳辐射和宇宙射线对人类健康的威胁。
在地球，我们受到地球磁场和大气层的保护，但火星上没有这样的保护层。
因此，必须开发出有效的辐射防护技术，比如建造地下或地下水下的居住区，以减少辐射暴露。
此外，火星表面的土壤贫瘠，缺乏大气层保护，使得植被种植和农业生产成为挑战。
一种解决方法是利用基因工程来改良作物，使其能够在火星的环境中生长。
另外，可以使用垂直农场等先进的农业技术，在室内环境中进行高效的食物生产。
最后，火星殖民还面临着供能、供水、供氧等基础设施建设的挑战。
科学家们正在研究利用太阳能、核能以及地下水资源等技术来解决这些问题，但这仍然需要大量的工程和资金投入。
总的来说，火星殖民是一项极具挑战性的任务，但随着科技的不断进步和人类的勇气与探索精神，我们有望克服这些挑战，实现人类在火星上的长期定居梦想。
太空探索的下一步登陆火星的挑战与机遇
太空探索的下一步登陆火星的挑战与机遇太空探索一直是人类科技与想象力的结合，而将目标瞄准火星成为人类太空探索的下一个关键任务。
登陆火星虽然面临着巨大的挑战，然而，这也带来了许多前所未有的机遇。
本文将就登陆火星的挑战与机遇进行探讨。
一、技术挑战登陆火星是科技史上的一大壮举，需要克服许多技术上的挑战。
首先，火星距离地球约2.2亿公里，航天器必须具备足够的速度和准确定位能力来克服这个距离。
其次，火星大气稀薄且没有保护层，航天器必须具备耐热性能，以避免在入轨和着陆过程中被烧毁。
此外，火星表面存在尘暴和风沙等恶劣环境，航天器必须具备抗风沙和尘埃的能力，以正常运行和收集科学数据。
为了实现火星登陆，科学家和工程师们正在不断进行技术创新。
例如，采用了超轻超强材料和先进的热防护技术来增强航天器的耐热性能。
此外，先进的导航和控制系统，如激光测距和惯性导航系统，被应用于航天器，以确保其准确着陆。
通过不懈努力，人类已经取得了一系列在火星上成功登陆和进行科学探索的重要里程碑。
二、科学挑战登陆火星的挑战不仅局限于技术层面，还涉及到科学研究的问题。
火星作为地球的近邻行星，探索其地质构造、大气环境和生命存在的可能性对于科学研究具有重要意义。
首先，火星的地质构造是科学家关注的重点。
通过分析火星表面的地貌和岩石样本，可以深入了解火星的地质演化历史，进而比较地球和火星的差异，探讨行星形成和演化的一般规律。
其次，火星的大气环境研究也是科学挑战之一。
了解火星大气的成分、压力和温度等信息，有助于揭示火星失去大气层的原因和机制，进而推断火星的过去是否存在液态水等适宜生命形成的条件。
最后，寻找火星上的生命存在是登陆火星的重要目标之一。
尽管迄今为止还没有直接证据表明火星上有生命存在，但这并不排除火星可以容纳微生物等简单形式的生命。
通过火星样本的分析和探测器的探测，我们有望在未来找到关于生命起源及其分布的线索，为人类的存在意义提供新的解释。
三、人类的探索动力与机遇登陆火星不仅是科技和科学的挑战，也是人类探索宇宙的动力所在。
人类火星探索的科学难点
人类火星探索的科学难点自从1969年阿波罗11号宇航员首次登上月球以来，太空探索就成为了人类追求的一个重要目标，而火星则被认为是人类最有可能探索并在其上建立生命基地的行星之一。
然而，火星探索面临着许多科学难点，这些难点需要突破才能实现人类登陆火星并进行长期探索的目标。
1. 火星表面环境的极端条件火星的表面温度低，压力小，有强烈辐射和尘暴，这都给人类的探测、着陆、生存、采样等工作带来了极大的挑战和危险。
如何在这样的环境下保障火星探测任务的安全和顺利实施，对于人类探索火星至关重要。
为了应对这一挑战，科学家们研究设计了各种类型的火星车和最新的着陆器，以适应火星表面环境的极端条件。
例如，2018年NASA发射的"洞察"号着陆器，其探测器下面还带有一个恒温箱体，以保证探测器不受极端温度的影响。
2. 火星的地理环境和岩石特征火星的地理环境和岩石特征，也是人类火星探索中的难点之一。
火星已知的地理坑洞和山峰比地球上同样特征的地质体系要大得多，这意味着探测团队需要克服更大的障碍，才能在表面建立基地和开采资源。
此外，火星的岩石特征也具有高度多样性，对其进行采集和分析，能够为人类提供更多有关火星昔日和现在生命存在的证据。
因此，确定岩石目标和采样点，对人类探索火星尤为重要。
3. 火星磁场的缺失火星没有地球那样的强大磁场。
地球的磁场可以保护生命免受太阳宇宙射线的伤害。
在火星上，没有这种保护，意味着宇航员会暴露在极高水平的辐射下，会对人类健康构成威胁。
因此，解决如何在火星表面保护宇航员免受辐射影响，是人类火星探索的又一重要难题。
NASA目前正研究建立抵御辐射的“居住舱”，以保护宇航员免受强烈的辐射影响。
此外，许多科学家也在研究更先进的防辐射技术，例如使用强大且轻便的电磁屏蔽材料来建造探测器和居住设施，在火星上建立安全生存的环境。
4. 火星大气的稀薄和成分的不确定性火星的大气非常稀薄，因此宇航员在火星上行走时需要穿着特殊的服装。
航天科技的火星探索技术
航天科技的火星探索技术航天科技领域一直以来都是人类进步和探索的重要领域之一。
随着科技的不断进步，人类对于太空探索的热情也日益高涨。
火星作为太阳系中最接近地球的行星之一，一直以来都备受航天科技专家的关注。
本文将着重讨论航天科技领域的火星探索技术。
1. 火星勘测与遥感技术为了更好地了解火星的地貌、气候和地质情况，航天科技专家利用遥感技术进行火星的勘测和探测。
通过卫星、探测器等载具，可以获取到火星表面的高分辨率图像数据，从而揭示火星的各种特征和环境。
这些图像数据可以提供重要的信息，例如火山活动、水文特征以及潜在的生命存在迹象等。
遥感技术的发展为火星探索提供了重要的基础。
2. 火星登陆技术火星登陆技术是现代航天科技最具挑战性的任务之一。
航天科技专家通过火箭发射和着陆模块设计，实现将探测器、仪器等载荷成功送达火星表面的过程。
火星的大气稀薄和引力相对较小，使得火星登陆过程更为复杂和困难。
然而，通过不断的研究和技术创新，航天科技界已经成功实施了多次火星登陆任务，获取了宝贵的科学数据。
3. 火星探测车技术为了更好地探索火星表面，航天科技专家开发了火星探测车。
这些探测车可以携带各种仪器和设备，通过无人遥控的方式在火星表面进行探测和采样。
火星探测车的设计和制造过程需要克服多个困难，例如火星表面的颗粒物质、温度极端等。
然而，通过不断优化和改进，火星探测车已经成为火星探索的重要工具，为我们提供了大量的关于火星的信息。
4. 火星样本返回技术火星样本返回技术被视为人类探索火星的里程碑。
航天科技专家计划在未来将火星表面的样本带回地球，以便更详细、准确地研究火星的物质成分和潜在的生命存在证据。
火星样本返回任务需要解决多项技术挑战，例如样本采集、保存和返回过程中的温度控制、容器密封等。
然而，一旦成功实施，火星样本将为地球科学家提供无与伦比的研究材料。
总结：航天科技领域在火星探索技术方面取得了巨大的进步。
从火星勘测与遥感技术到火星登陆技术，再到火星探测车和火星样本返回技术，航天科技专家们不断挑战自我，努力为人类揭示火星的奥秘。
火星探索任务中重要试验验证技术综述
火星探索任务中重要试验验证技术综述近年来，火星探索任务受到了广泛的关注和研究。
作为人类探索太空的重要目标之一，火星的探索任务在不断推进中，而其中的试验验证技术则成为了任务成功的关键。
本文将从着陆技术、火星环境适应性、资源利用以及通信技术等方面，综述火星探索任务中的重要试验验证技术。
首先，着陆技术是火星探索任务中的首要问题。
由于火星和地球之间的差异较大，火星的大气密度较小，着陆时对航天器的减速和稳定性提出了更高的要求。
为了确保着陆器能够顺利降落并安全着陆，科学家们进行了大量的试验验证。
例如，火星探测器的降落伞技术在射程、结构和材料上进行了不断改进，以适应火星大气的特点。
同时，着陆器的软着陆技术也在不断提高，通过试验验证，确保火星探测器能够在着陆时减速到安全的速度，避免着陆器在火星表面发生意外。
其次，火星探索任务中的环境适应性也是一个重要的议题。
火星的环境与地球迥然不同，气候干燥、气压低、太阳辐射强烈等特点对探测器和宇航员的适应性提出了极高的要求。
科学家们通过试验验证不同材料的耐热性、耐辐射性和防尘性能，以保证火星探测器能够在极端环境下正常运行。
同时，宇航员的生命保障技术也在持续改进。
通过模拟火星环境进行的试验验证，科学家们可以更好地理解和预测在火星上的人类适应性，为未来的火星任务提供更加可靠的技术支持。
资源利用也是火星探索任务中的一个关键问题。
长期的火星探索任务将需要大量的资源支持，如食物、水、氧气等。
为了减少对地球资源的依赖，科学家们致力于开发利用火星资源的技术。
通过试验验证火星土壤的肥力、水资源的获取以及气体的提取等，科学家们希望能够在火星上建立可持续的资源利用系统。
例如，通过试验验证可将火星表面的冰水转化为饮用水，生产食物和提供氧气。
这些试验验证为未来的长期火星任务提供了重要的技术保障。
最后，通信技术对于火星探索任务的成功至关重要。
由于火星与地球之间的通信距离较远，信号传输延迟高达数分钟，传统的通信方式无法满足实时通信的需求。
火星探索与人类移民计划的技术问题
火星探索与人类移民计划的技术问题在人类的航天探索中，火星一直是一个备受关注的星球。
人们一直在思考，如何能够最快、最安全地抵达火星，并在那里建立人类的居住点，我们称之为人类移民计划。
而在火星探索与人类移民计划中，技术问题无疑是最为关键的。
本文将就火星探索与人类移民计划的技术问题展开探讨。
一、火星探索的技术问题1. 火星探测器的设计在火星探测中，最先遇到的技术问题就是探测器的设计。
探测器需要经过数百个日夜于行星表面完成科学实验和勘测任务，还需要长时间在行星大气层内运行，在极端环境下进行各种观测和测量。
因此，引入高科技和高精度的设计非常重要。
探测器不能仅具备科研实验的功能，还需要具备自主控制的能力，能够自动避开危险区域、自我修复和保护等。
2. 通信与数据传输通信与数据传输也是火星探索的技术难点之一。
行星间的通信会遇到信号迟滞、数据传输带宽、与地球控制系统之间的通讯延迟等问题。
当火星在地球与太阳之间的时候，探测器需要独立运作，这时候需要应对环境变化、保证数据的安全传输、避免探测器本身的故障等问题。
3. 供能与传感探测器需要以太阳能等方式来供能。
尽管火星昼夜时间和地球相似，但由于火星上一年365天，是地球一年的两倍，因此日照时间和能量变化也会受到影响。
同时，探测器还要具备各种传感技术，如高摄影测绘技术、化学分析技术和环境探测技术等，用于研究行星大气环境、表面地质结构、潜在生命迹象以及地下水等。
二、人类移民计划的技术问题1. 空间飞行系统如果要实现人类移民计划，首先需要开发出足够强大的航天系统，这可能涉及到太空引擎、推进系统、飞船设计和开发等众多领域。
飞船需要能够长时间在太空中航行，以及在飞行过程中抵御太阳辐射、陨石和其他环境影响。
2. 急救与安全在探险过程中，人们可能会面对种种紧急情况，如突发疾病、意外事故等。
因此，急救是人类移民计划的重要部分。
在这个过程中，需要设计开发各种紧急治疗设备，以及备有人类生命保护设施。
火星探索及其相关技术
火星探索及其相关技术随着人类科学技术的不断发展，人类对于外太空的探索之路也越来越宽广。
火星作为太阳系中最接近地球的行星之一，一直都是人类最关注和探索的对象之一。
也许在不久的将来，人类就能够实现登陆火星的梦想。
在这篇文章中，我们将探讨火星探索及其相关技术。
一、火星的探索1. 火星的基本信息作为太阳系行星中地球以外的第四个行星，火星自20世纪初期以来一直是科学家们所研究和探索的对象之一。
火星的体积约为地球的1/3，表面积比地球少一半，大气稀薄，无可比拟的气候、地貌和矿物资源。
由于地球和火星的距离比较接近，一些轨道器和探测器已经成功进入了火星的轨道，同时火星的表面也有人类的探测器到达。
2. 火星探测的历史自20世纪以来，人类在探索火星方面进行了多次尝试。
美国是最早进行火星探索的国家之一，首次成功着陆火星的是美国开拓者9号。
而现在，NASA已经派出了一系列的探测器到火星进行探索。
欧洲、俄罗斯、印度和中国都有着自己的火星探测计划。
3. 火星探测的意义火星有着与地球相似的性质和地貌，包括沙漠、冰帽、山脉等。
探测火星可以帮助人类更好地了解地球以外的环境。
此外，火星的探测还可以帮助人类更好地了解地球以外的生命、化学和物理学，为人类未来在外太空的探索奠定基础。
二、探测器和着陆器技术1. 火星轨道器火星探测轨道器在进行火星探测方面发挥了重要作用，轨道器可以对火星的表面进行高分辨率成像，了解火星表面的结构和地形。
火星轨道器也可以进行遥感分析，对火星的大气成分和组成开展探测。
2. 火星探测器火星探测器是人类向火星探测的重要工具，探测器上携带了各种探测仪器和设备，可以进行火星表面和化学成分的分析，帮助人类了解火星表面和大气环境。
火星探测器的设计需要考虑到耐高温、高气压、高辐射等多种环境因素。
3. 火星着陆器火星着陆器是人类探索火星的另一个重要工具，它可以将探测器成功着陆在火星表面，并在表面上进行探测。
火星着陆器的设计需要考虑到不同环境下的气压、温度、重力等因素，以及如何使着陆器能够稳定地着陆在表面上。
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自然杂志 第３４卷第２期 专题综述 浅谈奔赴火星需要解决的几大关键技术 陈昌亚 研究员，上海卫星工程研究所，上海２００２４０ 关键词 火星探测 关键技术轨道设计与控制 超远距离通信 自主控制 火星着陆及返回
本文初步分析了奔赴火星的几大关键技术问题：轨道设计与控制技术；超远距离通信技术；自主控制技术；火星探测热 控制技术；火星着陆控制技术ｌ，Ｒ￣．＇．ｋｌＮＮ技术等。对后续火星探测以及相关型号探测器的研制具有一定的参考价值。
１引言 火星是位于地球轨道外侧的一颗行星，是地球的近 邻。火星上存在固态的水，有稀薄的大气。人类通过探 索火星，希望建立第二家园和寻找地球以外的生命，研 究火星的磁场、大气和气候、空间环境、地貌和水消失的 痕迹等内容，并掌握其规律［ 。 按照离太阳由近及远的顺序，火星排名“老四”，位 于排名“老三”的地球外侧。火星围绕太阳公转一年６８７ 天，地球围绕太阳公转一年３６５天，因此火星与地球每２ 年有一次靠近的机会。火星离地球最近处约５ ６７０万 ｋｍ，最远处约４亿ｋｍ（月球离地球大约３８．４万ｋｍ）。 因为火星与太阳的平均距离为地球的１．５２倍，火星获 得的直接太阳光强只有地球光强的４３．１％。火星表面 温度比地球低４５℃，平均温度只有零下２５℃；火星赤 道区的昼夜温度在２０～８０℃，最寒冷的极区的温度变 化在一７Ｏ～一１４０℃。 火星和地球有很多相似特征。火星上不仅有类似 地球上的季节之分，还可明显的区分出“五带”（热带、南 北温带、南北寒带）。此外，科学家还发现火星上有一定 量的大气，有白皑皑的极冠，且随季节变化大小范围有 明显的变化。火星探测器从发射到抵达火星轨道要飞 行１０个月左右。 到目前为止，人类对火星的探测有４Ｏ次左右，成功 率１／３多，认识还很不全面。但是人类对火星寄予了深 切的希望，仍在坚持不懈地对火星进行科学探测。
２奔赴火星需要解决的几大关键技术问题 奔赴火星需要解决的关键技术问题，包括轨道设计 与控制技术，如何使得探测器安全到达火星并被火星捕
获成为火星的卫星；超远距离通信技术，使得探测器在 离地球最远４亿ｋｍ的地方仍能够听得见，喊得出，地面 信号能够跟踪得上；自主控制技术，在地面测控不可控 和长阴影期间自我控制；适应由近及远及长阴影期间的 热控制技术；活动部件深冷的休眠唤醒技术；着陆器的 安全着陆技术；在轨返回及上升器的火星返回技术等。 下面针对以上关键技术进行分析［２－３］。
２．１轨道设计与控制技术 ２．１．１离开地球轨道的转移飞行能力 一是直接奔火，飞离地球。美国火星探测器发射多 采用直接奔火的方式，中国在ＣＥ一１奔月时采用调相方 式，在ＣＥ一２奔月时就采用了直接奔月的方式。直接奔 火要求运载能力足够大，直接将探测器送人奔火双曲线 轨道，达到第二宇宙速度（大于１１．２ ｋｍ／ｓ），同时对运载 发射的控制精度要求高，如果入轨点误差过大那就得在 奔火巡航段的轨道修正中消耗探测器较多燃料。直接 奔火如图１所示。 二是先进入环绕地球的近地驻留轨道，在近地轨道 飞行几圈完成调相后加速奔火。俄罗斯在多次火星发 射过程中均采用调相方式奔火。在进入环绕地球的调 相轨道后，进行精密测定轨，在获得满意的控制精度后 加速奔火。调相奔火如图２所示。 ２．１．２火星影响球与地球影响球 地球的影响球半径大约９２．８万ｋｍ，在飞离地球几 天（直接奔火大约２．５天）后即脱离地球的引力而进入 环绕太阳的椭圆轨道，经过大约３００天的巡航段飞行进 入火星的影响球，火星的影响球半径大约５８万ｋｍ。在 到达火星影响球（距到火星大约１．８天）轨道时必须及 时可靠的进行刹车制动，使得探测器被火星捕获，成为 火星的卫星，如图１所示。 ・８３・ Ｒｅｖｉｅｗ Ａｒｔｉｃｌｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｔｕｒｅ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．２
图１直接奔火示意图 图２调相奔火不意图 ２．１．３到达火星轨道的制动捕获能力 为了使得探测器顺利被火星捕获而成为火星的卫 星，在到达火星轨道前必须进行刹车制动减速使其被火 星捕获，如不能够及时制动，探测器便飞越了火星。早 些年常存在此失败，２Ｏ１０年１２月Ｅｔ本的金星“晓”探测 器因为推进故障，未能及时制动，没能被金星捕获，飞越 了金星，导致任务失败。 火星捕获一般在近火点６００￣８００ ｋｍ，远火点６０ ０００ ～８Ｏ ０００ ｋｍ进行刹车制动，形成环绕火星的大椭圆轨 道。如果制动不当，要么探测器飞离火星，不能够被火星 捕获成为火星的卫星；要么撞上火星，任务同样失败。 另外星上姿态控制以及刹车制动发动机是关键，如 果到达刹车制动的位置而不能很好的调整姿态，任务不 能够完成；刹车制动大发动机如不能够很好地工作，不 能够有效地刹车制动，任务失败。 ２．１．４由捕获轨道变轨到目标轨道 刚开始进入的轨道不一定是所要求工作的轨道，所 以在被火星捕获后，还要经过几个月多次轨道修正变轨 ・Ｒ４・
到任务工作轨道，如图３所示。 图３ 由捕获轨道变化到任务轨道示意图 ２．２超远距离通信技术 由于地球与火星最近相距约５ ６００万ｋｍ，最远相距 约４亿ｋｍ，通信信号在如此远距离的情况下空间信号 衰减达２８０ ｄＢ，为了克服巨大的信号衰减，不仅依靠提 高星载设备的性能，更需要地面站设备的配合。要求地 面深空站能够工作在ｘ波段，配备大口径天线，并且具 有发射上行大功率信号和接收下行微弱信号的能力。 这就要求在下行传输过程中，探测器上具有较大发射功 率，星载天线具有较大的增益，且地面站足以接收来自 数亿公里远的火星探测器发回的微弱信号。同时，在上 行传输过程中，要求星上接收机具有较高的灵敏度，星 上接收机要具有非常高的灵敏度，接收机锁定灵敏度要 优于…１４０ １４５ ｄＢｍ。 另外地面站具有较大的发射效率和较大的天线。 国外深空站天线直径达６４ ｍ，７０ ｍ，且二维定向跟踪。 如图４所示。
图４ 国外某深空地面站６４ ｍ天线且二维定向跟踪的图片 自然杂志 第３４卷第２期 专题综述 需要实施超远距离的测控和通信，以确保指令的上 传和数据的下传，这就要求地面测控站的天线孔径很 大，而且，要求地面控制系统可以对探测器的飞行轨迹、 姿态、各个系统的工作状态进行测量、监视与控制。 ２．３自主控制技术 由于火星距地球遥远，最远达４亿ｋｍ，信号往返需 ４Ｏ多分钟，实时不能进行控制，因此要求探测器必须高 度自主完成事先设置好的功能。包括日凌期间工作的 自主模式管理、长火影的能源自主管理与保护、依次关 闭载荷等、测控弧段盲区没有上行指令指导的自主控 制、故障模式下自主进入安全模式等，自主姿态确定与 控制。自主姿态确定技术及解决途径如下： （１）首先，根据任务需求，合理选用姿态基准。在对 日定向模式下。利用较精确的行星星历，以火星公转轨 道坐标系为姿态基准，不需要精确的卫星轨道参数，能 保持太阳几乎垂直照射星体，也可以使得在帆板对日定 向的条件下，相机在每隔一定周期内有机会拍摄到火 星；对火定向时，以探测器绕火星运行的轨道坐标系为 姿态基准，可以近距离拍摄火星；对地定向模式下，利用 较精确的行星星历计算出地球与火星的位置，根据探测 器的轨道参数确定探测器与地球的相位。 （２）其次，针对火星的地理环境，采用两台星敏感器 结合ＭＥＭＳ陀螺进行姿态测量。 （３）最后，根据星历表，结合程控指令，姿控模块自 主进行对日、对地、对火、对ｘ探测器的定向以及模式切 换的姿态确定，如图５所示。 图５探测器自主控制各姿态模式转换示意图 ２．４火星探测器热控制技术 火星探测器相对于地球轨道的卫星来说，卫星热控 存在下列特点和难点： 卫星的运行环境、姿态等的变化引起的外热流变化 剧烈。卫星从地球运行到火星轨道的１０个月内，随着 地球、太阳和火星的相对位置变化，太阳辐射强度从地 球附近的１ ３５３ ｗ／ｍ 减小到火星附近的５８９．２ Ｗ／ｉｎ２； 在火星轨道运行时，因为是大椭圆轨道，在近火点和远 火点附近所接收的火星红外辐照和反照差异也很大； 在卫星从地球轨道向火星轨道转移的前１０个月内，外 热流变化剧烈；在进入火星轨道运行时，卫星天线对地 定向的同时，还要考虑太阳电池板对Ｆｔ定向，卫星姿态 在一定的方位内调整，卫星各面的外热流也有较大的 变化。 能源方面应考虑在发射初期太阳光强大，电池片效 率高，热量耗散对星体辐射的影响；寿命末期，太阳光强 小，电池片效率低，供给能量少的适应性。热控系统应 能够适应寿命期内太阳帆板供电能源变化大、太阳光强 变化大的特点。
２．５活动部件的深冷休眠、唤醒技术［４］ 星上活动部件，如高增益数传天线在星际巡航段为 了避免刹车制动的冲击处于收拢状态，在到达火星轨道 后才进行展开，火工品切割器在经历巡航段低温存贮后 的发火和解锁展开，这就存在深冷休眠唤醒问题，地面 根据火星环境必须进行一系列试验。
２．６火星着陆控制技术 火星着陆方式分为直接进入和环绕进入二类。直 接进入是指着陆器在进入火星影响球范围前，与探测器 分离，以撞击轨道直接进入火星大气。环绕进人是指着 陆器随探测器制动捕获进入环绕轨道后择机与探测器 分离进入火星大气。 火星着陆要经历分离起旋、减速载入、开伞减速、缓 冲着陆、仪器工作与通信等。到目前为止，只有美国的６ 次着陆成功，欧空局的猎兔犬２号着陆失败。
２．７火星返回技术 由齐奥尔科夫斯基的方程△ｖ＝Ｖ ｌｏｇ。（Ｍｏ／Ｍ）看 出，速度变量与质量比和排气速度ｖ 有关。
ｌＯｇｅ ： （１）。ｇｅ １） 离开火星的航天器的初始质量Ｍｏ由３个元素组 成：实际有效载荷，包括探险队员、他们的生命补给、物 资以及设备；飞行器、火箭发动机、燃料贮箱和设备支撑 物；所有重要的结构；最后还有往返途中所要消耗的燃 ・Ｒ ・