深空探测概况.ppt

第一章 深空探测概况• 1.1 深空探测成为热点 – 美国将重新登月，并计划前往火星 – 中国“嫦娥”一号 – 俄罗斯、欧洲、日本、印度等也有各自的计划 • 1.2 深空探测的含义 – 对太阳系内除地球以外的行星及其卫星、小行星、彗星等 的探测，以及太阳系以外的银河系乃至整个宇宙的探测 • 1.3 深空探测的目标 – 利用空间资源 – 扩展生存空间 – 探索太阳系和宇宙的起源和演化 – 为人类的可持续发展服务• 1.4 深空探测的意义 – 地球如何起源与演变 – 行星和太阳系究竟是如何形成和演化 – 人类是不是宇宙中唯一的生命 – 地球的未来将如何 – 从现实和长远来看，对深空的探测和开发具有 十分重要的科学和经济意义深空探测将是21 世纪人类进行空间资源开发与利用、空间科学 与技术创新的重要途径•1.5 深空探测的主要方式 – 飞越探测 – 环绕探测 – 硬着陆探测 – 软着陆探测 – 载人探测 •1.6 深空探测活动的构成 – 深空探测器系统：有效载荷、结构、电源、热控、测控、数管、推 进、GNC – 运载火箭系统 – 发射场系统：测试、发射 – 测控通信系统：跟踪、测量、控制 – 地面应用系统 •1.7 深空探测器与人造卫星技术区别 – 能源、通信、导航与控制• 1.8 深空探测的历程 – 共发射月球及月球以外的探测器二百多个 • 内行星探测 • 外行星探测 • 小天体探测 • 太阳探测 – NASA(National Aeronautics and Space Administration) • 美国宇航局，美国负责太空计划的政府机构，拥有最先进 的航空航天技术，它在载人空间飞行、航空学、空间科学 等方面有很大的成就。

它参与了包括美国阿波罗计划、航 天飞机发射、太阳系探测等在内的航天工程为人类探索 太空做出了巨大的贡献 •NASA职责 美国宇航局执着于探索， 美国宇航局执着于发现， 美国宇航局努力寻找问题的答案 为了这个目标，遍布世界数以万计的人，用50年的时间，试 图给出一些基本问题的答案： 宇宙深处有甚？ 我们怎么才能到那儿？ 在这探索中怎样才能使我们的生活更美好？1.8 深空探测的历程– JPL，美国宇航局喷气推进实验室 – JPL从称呼上看只是一家实验室，但其员工总数却超过 5000人，仅华裔科学家就有300多人，美国所有的太 空无人探测研究都在这里完成 – 曾经或至今仍在管理的太空计划 • 探索者计划 • 水手计划 • 先锋计划 3和4 • 旅行者计划 • 麦哲伦计划 • 伽利略计划 • 深空 1和2• 火星全球探测者 • 火星气象卫星 • “卡西尼惠更斯” • 星尘计划 • 火星奥德赛计划 • 火星探路者计划 • 火星漫步者计划 • 火星探测轨道卫星 • “深度撞击” – 趣闻： • 喷气与推进实验室主要坐落在拉肯纳达市，总占地面积约为72 公顷但是实验室的大门及一些办公楼却坐落在帕萨迪纳，所 以它也就保留了帕萨迪纳的地址。

1.8 深空探测的历程1.8 深空探测的历程• 月球探测 – 1959年1月2日，前苏联发射了月球1 号探测器月球1号从距离月球表面 5000多千米处飞过，并在飞行过程 中测量了月球磁场、宇宙射线等数 据，这是人类首颗抵达月球附近的 探测器 – 1969年7月16日至24日，人类完成了 首次登月任务3名美国航天员乘坐 的阿波罗11号飞船于7月20日在月面 静海区着陆，人类的足迹第一次印 在了月球上1.8 深空探测的历程• 月球探测 – 1990年1月24日，日本发射了飞天号探测器，该探测器的主要任务 是验证借助月球引力的飞行技术和进入绕月轨道的精确控制技术， 飞行中飞天号还释放了绕月飞行的微型羽衣号探测器 – 1994年1月21日，美国发射了克莱门汀号探测器该探测器在对月 球南极进行探测时，首次发现月球南极可能存在水的直接证据 – 1998年1月7日，美国发射了月球勘探者环月探测器，它的主要任务 是寻找月球上的水月球勘探者号完成绕月探测使命后，高速撞向 月球上可能存在水冰的区域，以便通过巨大撞击能量产生水汽云， 以进一步证明水的存在，但最终地面和太空中的望远镜都没有观测 到期待的水汽云。

– 2003年9月，欧洲成功发射了它的第一颗月球探测器--智慧1号 ，标志着欧洲探月活动正式开始智慧1号2005年3月进入预 定的环月轨道，2006年9月3日撞击月球优湖地区，在此期间 取得了丰富的科学成果该探测器采用了太阳能电火箭等多 项新技术 – 2007年9月日本发射“月亮女神”(SELENE) “月亮女神” 共携带荧光X射线分光计、月球雷达测深器等14台观测仪器， 这些仪器可探测月球表面元素和岩石的分布、月球重力场分 布以及到达月球表面的宇宙射线等，帮助专家揭示月球的诞 生和演化之谜– 2007年10月，中国发射“嫦娥一号” – 2008年4月，印度发射“月球初航1号” (Chandrayaan-1) “月球初航1号”重590公斤，并携带“冲击者”登月舱除 此之外，“月球初航1号”将携带NASA的两个科学装置：一 个是微型合成孔径雷达，负责探测月球极地的冰质沉积；另 一个是月球矿物测绘仪，负责评估月球上的矿物资源– 2009年，美国LRO和 LCROSS探测器在 月球表面发现了“大 量水冰”，从而为人 类重返月球甚至是在 月球建立太空远航基 地带来希望据悉， 这些冰块存在于月球 表面“永远见不到阳 光的陨石坑内”。

1.8 深空探测的历程• 月球探测 – 全世界进行过月球探测的国家和地区有美国 、前苏联/俄罗斯、欧洲和日本已经开展 月球探测活动123次，其中美国56次、包括 10次载人月球探测，成功37次，失败19次， 成功率66%俄罗斯64次，成功21次，失败 43次欧洲1次，日本2次，中国和印度各一 次• 重返月球的动力： – 重返月球是社会发展的需求 – 重返月球是科学和技术发展的需求 – 重返月球是空间科学技术发展的需求 – 重返月球是空间军事活动发展的需求 – 月球蕴藏有丰富的矿产资源和能源• 月球探测的趋势与前景： – 未来的月球探测将主要侧重于：①月球能源资源的全球分布与利 用；②月球矿产资源的全球分布和利用；③月球特殊空间环境资 源（超高真空、无大气活动、无磁场、地质构造稳定、弱重力、 超洁净）的开发利用， 建立月基天文台，建立特殊生物制品和 特种新型材料生产基地，建立基础科学实验室等；④建立月球长 期居留基地并利用月球进行深空探测的方案与逐步实施 – 月球将为人类社会提供长期、稳定、廉价和洁净的核聚变燃料 – 月球的金属矿产资源将是地球资源的重要储备和支撑 – 月球表面特殊空间环境的利用 1.8 深空探测的历程• 中国的探月工程 – “嫦娥工程”分为“绕、落、回”三个阶段 。

• 第一阶段绕月探测（2004年—2007年），研制发 射一枚月球探测卫星—“嫦娥一号”，实现环绕 月球飞行探测 • 第二阶段，月面软着落探察和月面巡视勘察（ 2007～2010年）研制发射月球探测器，它包括 月球软着陆器、月面巡视车和自动机器人 • 第三阶段，月面自动取样返回（2010～2020年或 稍后）研制发射月球车，到月面巡视勘察和取 样返回嫦娥探月工程概述嫦娥探月工程 整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段第一步：2007年10月24日发射探月卫星“嫦娥一号”，对月球表面环境、地貌、地形、地质构造与物理场进行探测 CE-1概述嫦娥探月工程 整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段[第二步] 目标是研制和发射航天器，以软着陆的方式降落在月球上进行探测使用降落在月面上的巡视车、自动机器人探测着陆区岩石与矿物成分，测定着陆点的热流和周围环境 CE-1概述嫦娥探月工程 整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段[第三步] 2011至2020年，目标是月面巡视勘察与采样返回，为下一步载人登月探测、建立月球前哨站的选址提供数据资料1.8 深空探测的历程• 中国的探月工程 – “嫦娥工程”是我国深空探测计划的至关重要的 第一步。

其四大科学目标是： • 1、获取月球表面三维影像； • 2、分析月球表面14种元素含量和物质类型的分布； • 3、探测月壤特性； • 4、探测地月空间环境1.8 深空探测的历程• 中国的探月工程 – “嫦娥工程”需完成的五大工程目标是： • 1、研制和发射一颗月球探测卫星； • 2、掌握绕月探测基本技术； – 地—月飞行技术，航天器飞出地球并进入其他天体引 力场的轨道设计与GNC系统技术 – 实施远距离测控和通信 – 探索深空探测器的热控解决途径 • 3、开展月球科学探察； • 4、初步构建月球探测航天工程系统； • 5、为月球探测后续工程积累经验嫦娥探月工程调相轨道地月转移轨道月球捕获轨道环月工作轨道 嫦娥一号卫星的工作轨道 • 卫星的制导、导航与控制系统 –卫星制导导航与控制系统，简称GNC系统由星载 计算机、太阳敏感器、星敏感器、陀螺、紫外月球 敏感器、动量轮、推力器等设备组成嫦娥探月工程CE-1概述关键技术 （1）卫星的姿态控制因为“嫦娥一号”在正常探测时，卫星大部 分探测仪器需要对准月面，卫星太阳帆板要对准太阳，卫星数传天线 要对准地球，这种技术在以前的绕地卫星飞行器当中还没有使用过。

2）远距离的通讯由于地月之间距离接近四十万公里，要完成这 么远距离通讯，涉及到卫星上的天线要对准地球，卫星上的放大器要 有足够的功率，地面接收站要有足够大直径的天线这些技术都是中 国航天所首次遇到，有一定难度3）探测仪器卫星所载探测仪器都是根据这次科学目标新研制而 成，它在后续的工作中是否能够正常工作要面临考验4）工作一年嫦娥一号”卫星设计的探测任务是工作一年，这 一年工作当中对于卫星及星载各种仪器设备的可靠性也是一个考验CE-1概述领军人物 总指挥：栾恩杰总设计师：孙家栋 首席科学家：欧阳自远 测控系统总设计师：于志坚卫星系统总设计师：叶培建CE-1总体设计系统组成CE-1有效载荷设计CE-1有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCD嫦娥1号卫星将采取与其他国家不同的思路，搭载1台CCD立体相机和1个激光高度计，两者结合绘制完整细致的立体月球地图CCD立体相机同时对卫星飞行的前方、下方和后方进行拍照，形成三维影像 CE-1有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCDCE-1有效载荷设计2.激光高度计激光高度计由激光器、望远镜和接收电路三部分组成卫星进入环月轨道后，激光高度计首先向月面发射激光束，并立刻用望远镜把反射回来的光束变成电信号 。

CE-1有效载荷设计3.干涉成像光谱仪 干涉成像光谱仪可以同时获取目标的“形影信息”和“光谱信息”，在空间遥感探测方面具有不可替代的优势，被誉为光学传感器发展历史上的一次革命 CE-1有效载荷设计4.伽马射线谱仪 嫦娥1号卫星将用世界先进的伽马/X射线谱仪探测月球上14种元素的分布通过开采月球资源，满足人类社会的需求 CE-1有效载荷设计5.微波辐射计 微波辐射计是一种获取场景微波特征的重要手段，通过微波的特征，其穿透性的力量，可以看穿地下，测出土壤厚度CE-1有效载荷设计6.高能粒子探测器、低能离子探测器太阳高能粒子探测器和低能离子探测器，将首次探测远至4万至40万km间的空间环境，这些关键科学数据，对今后深空探测器的环境防护设计具有重要的参考价值这两种探测器，都是用以探测太阳辐射以及其它宇宙射线的最好工具 • 对金星的探索 – 对金星的逐步认识 • 望远镜观测－“沼泽地” • 光谱学观测 • 射电望远镜观测 – 1961年2月，前苏联发射了“人造卫 星”7号和“金星”1号探测器，失 败 – 1962年8月， “人造卫星”19号， 失败 – 1967年6月，“金星”4号，成功着 陆金星表面 – 1970年8月， “金星”7号，软着陆 成功，测得温度447度和气压为90 个大气压“金星”7。