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全球重点国家及地区深空探测关键技术发展专题调研报告

时间:2015-09-15  来源:高端装备发展研究中心    执行周期:2015.09   项目预算:¥25000

  本文作者:高端装备发展研究中心 航空航天专题调研小组

  国防科工局探月与航太工程中心主任刘继忠此前在哈尔滨工业大学举办的中国宇航学会深空探测技术专业委员会第十二届学术年会上透露,中国正在为未来如何探测深空开展规划论证工作,主要围绕的方向包括:火星探测、后续的月球探测及相关科学研究、小行星探测、木星以及比木星更遥远的深空探索。未来10年还有约40次深空探测任务,涉及美国、俄罗斯、欧洲、日本、印度、南韩、阿联酋等。可见各国对深空探测热情非常高。

  中国探月工程总设计师、中国宇航学会深空探测技术专业委员会主任委员吴伟仁说,月球是深空探测的起点。目前中国嫦娥一号、二号、三号都取得了成功,嫦娥二号在完成了绕月探测以后,又发挥潜在能力,完成进入日地拉格朗日L2点环绕轨道,此后又飞越小行星4179(图塔蒂斯),现在成为一颗围绕太阳运行的人造小行星。据测算,它将在2029年回到地球附近。下一步中国要对深空探测的关键技术开展攻关,包括:轨道设计与优化,自主技术,新型能源和推进技术,测控技术,新型载荷技术等。

  专家指出,目前深空探测领域还有很多难点需要攻关,比如:怎样能以更高的速度去探索深空?未来的能源、动力问题怎么解决?机器人怎样能够更灵巧又适应复杂的太空环境等。

  我司研究部门经过长期跟踪调研,于2015年8月底正式推出《全球重点国家及地区深空探测关键技术发展专题调研报告》以下简称“报告”,报告对全球深空探测历程、发展特点及各国深空探测计划做了详细的调研,对全球最新深空探测动态进行了跟踪调研,报告针对全球重点国家及地区深空探测技术及技术发展趋势进行了深入调研分析,报告对深空探测关键技术进行了调查研究,针对我国深空探测发展面临的主要问题及国外深空探测发展带给我国的启示进行了研究分析,报告研究分析了我国深空探测发展路径及技术发展趋势,将国际主流观点及我们的研究进行了对比分析。我们认为报告对我国深空探测相关政府部门、科研院校及深空探测器研制单位具有重要的决策参考价值。

  【正文目录】

  第一部分 深空探测研究

      一、全球深空探测历史进程

          1. 月球探测

          2.火星探测

          3.对其他星球的探测

      二、全球深空探测发展特点

          1. 参与者多国化

          2.任务类型多样化

          3.探测领域多元化

          4.科学与技术结合密切

      三、中国深空探测计划

          1. “三步走战略”

          2.火星计划

          3.小行星探测计划

      四、其他国家和地区深空探测计划

          1. 美国

          2.俄罗斯

          3.欧洲

          4.日本

          5.印度

          6.阿联酋

      五、全球深空探测新动态

          1.NASA计划进军“木卫二”

          2.“好奇号”火星探测器

          3.美国2020年火星探测器着陆点选择

          4.印度火星探测器

          5.“火星大气与挥发物演变”入轨首探火星上层大气

          6.欧洲“罗塞塔”成功登陆彗星

          7.中国成功回收绕月航天器

          8.日本再发小行星采样返回探测器

      六、深空探测未来发展趋势

          1. 未来关注问题

          2.深空探测未来技术

  第二部分 全球重点国家及地区深空探测技术研究

      一、国外深空探测技术发展特点

          1. 无人深空探测技术

          2.载人深空探测技术

          3.地面测控通信技术

      二、国外小行星探测技术特点

          1. 从飞越和伴飞探测发展到表面软着陆和采样返回探测

          2.一次飞行任务进行多目标探测

          3. 从无人探测向载人探测发展

          4.探测任务与新技术的演示验证相结合

      三、国外典型木星系探测器技术特点

          1. 伽利略号

          2.朱诺号

          3.JUICE

          4.特点总结

      四、国外典型火星系探测器技术研究

          1. 火星探测器开端

          2.轨道器技术研究

          3.着陆器技术研究

          4.火星车技术研究

      五、“信使”号水星探测器技术研究

      六、“卡西尼-惠更斯”号土星探测器技术研究

      七、美国深空探测技术研究

          1. 美国深空探测历程

          2. 美国“激光通信光学有效载荷”计划

          3.美国“黎明”小行星探测器技术研究

          4.美国冥王星探测器技术研究

          5.美国深空探测自主导航技术发展

          6. 美国载人火星、小行星探测现状

          7. 洛·马公司深空探测技术调研

          8. 轨道科学公司深空探测技术调研

      八、欧洲深空探测技术研究

          1. 欧洲深空探测发展现状

          2. 欧空局深空探测网

          3.空客公司深空探测技术调研

          4.阿斯特里姆公司深空探测技术调研

      九、俄罗斯深空探测技术发展

          1. 俄罗斯载人登月动机

          2.俄罗斯载人登月规划

          3.俄罗斯载人登月技术研究

          4. 俄罗斯载人火星探测研究

      十、中国深空探测技术研究

          1. 中国深空探测发展历程

          2.光电技术在中国深空探测的应用

          3.嫦娥工程技术研究

          4.中国载人火星和小行星探测技术可行性

          5. 中国空间技术研究院深空探测技术调研

          6. 上海航天技术研究院深空探测技术调研

          7. 中国科学院深空探测技术调研

      十一、印度深空探测技术研究

          1. 印度航天技术调研

          2.“曼加里安”号成本分析

          3.“曼加里安”号技术分析

          4. 印度空间研究组织深空探测技术调研

      十二、日本深空探测技术研究

          1. 日本深空探测发展现状

          2.“月亮女神”号探测器技术分析

          3.“隼鸟”探测器技术分析

          4. “晓”号金星探测器技术分析

          5.日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)深空探测技术调研

  第三部分 深空探测关键技术调研

      一、空间电推进技术

          1. 国内外电推进技术应用

          2.电推进技术发展趋势

          3.中国电推进技术发展重点

      二、主带小行星采样返回任务中的离子电推进技术

          1. 国外深空探测离子电推进应用

          2.探测器任务指标

          3.离子电推进系统技术方案

      三、深空探测光学自主导航中的关键技术

          1. 主要流程

          2.关键技术

          3.研究现状

      四、基于光学成像导航的深空探测自主控制技术

          1. 自由飞行段自主控制

          2.目标接近段自主控制

          3.环绕段自主控制

          4.着陆或附着段自主控制

          5.深空探测航天器自主控制关键技术

      五、深空探测激光通信技术

          1. 高精度捕获跟踪瞄准技术

          2.望远镜接收技术

          3.高功率、高速率激光器和高效率调制编码技术

          4.深空中继通信技术

          5.复杂深空环境下微弱信号探测技术

      六、深空探测测控新技术

          1. 天线组阵技术

          2.再生伪码测距技术

          3.连接端站干涉测量技术

          4.相位参考干涉测量技术

          5. 容延迟网络技术

      七、基于新型动力的载人火星探测展望

      八、深空探测任务小推力转移轨道设计与优化

          1. 小推力转移轨道设计与优化现状

          2.基于FFS理论的小推力转移轨道初始设计

          3.小推力转移轨道优化方法

          4.水星探测任务小推力转移轨道设计与优化

  第四部分 国外深空探测发展对中国的启示

      一、国外深空探测活动对中国的启示

          1. 深空探测是人类未来发展的必然选择

          2.深空探测为自主创新提供了良好平台

          3.深空探测是未来航天发展的主要发展方向

          4.深空探测注重系统长远规划

          5.深空探测需要国际合作

          6.多目标多任务是深空探测的重要方式

          7.深空探测任务可承载特殊的意义

          8.深空探测任务周期长且风险高

      二、国外深空探测光学遥感载荷技术发展对中国的启示

          1. 循序渐进地科学确定深空探测目标

          2.有针对性地开展深空探测光学遥感载荷研究

          3.搭建适合中国的深空探测光学遥感载荷技术和能力体系

          4.加强工程与科学的联合

          5.加强国际交流与合作

      三、国外火星着陆探测任务失败对中国的启示

          1. 火星着陆探测任务具有很强的吸引力

          2.火星着陆探测任务具有很高的挑战性

          3.火星着陆探测活动需有长期规划

      四、国外木星系探测任务规划对中国的启示

          1. 充分利用借力飞行技术

          2.利用天体的摄动特性优化轨道控制

          3.充分满足高精度导航

          4.充分考虑木星系辐射环境

          5. 充分利用飞跃顺访开展探测

      五、国外深空探测活动成本控制对中国的启示

  第五部分 国内外深空探测活动对比分析

      一、重点国家及地区航天领域能力细分对比

      二、中国与外国的航天发展路径对比

      三、中国与外国月球采样任务技术对比

      四、中国与外国运载火箭技术及发射成本对比

  第六部分 中国深空探测发展方向及思路

      一、中国深空探测任务管理模式

          1. 采取统一的一元制管理是中国深空探测科学发展的重要保障

          2.制定科学合理的战略规划是推动中国深空探测发展的有效途径

          3.核心任务管理模式仍是当前中国首选的深空探测管理模式

          4.适当借鉴载荷级首席专家管理模式是中国发展深空探测的创新举措

          5. 培养既有前瞻性科学眼光又有丰富工程研制经验的首席专家

      二、中国深空探测发展思路

          1.开展深空探测的战略意义

          2.开展具中国特色的深空探测

          3.正确对待开展探测的失败和挫折

          4.造就一支思想技术素质过硬的研制团队

      三、中国小行星探测发展思路

          1. 充分选择合适的目标小行星

          2.充分继承探月工程取得的科技成果

          3.选择合适的探测实施方式

          4.采用行星借力技术

          5.使用电推进技术

      四、中国木星系探测任务规划思路

          1. 总体设想

          2.地木转移

          3.木星系内飞越

          4.木卫二环绕

      五、中国深空探测关键技术突破方向

      六、中国小行星探测的技术发展方向

          1. 轨道设计

          2.自主取样技术

          3.测控通信技术

          4.自主导航与控制技术

          5. 航天员登陆活动技术

  第七部分 各方观点及研究结论

      一、各方观点

          1. 国外航天专家观点

          2.国内航天专家观点

          3.我国政府部门观点

          4. 高端装备发展研究中心研究观点

      二、《全球重点国家及地区深空探测关键技术专题调研报告》研究结论

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