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劃重點!中國深空探測技術發展方向

2017年11月1日,中國探月與航天工程中心首次火星探測任務總設計師張榮橋在第二屆中國航天高峰論壇作題為《中國深空探測的發展展望》的主題報告,展望了中國深空探測的重點與熱點,並對推進中國深空探測的發展提出了如下七點思考。

思考一:科學目標——想得到什麼新發現和新認識?

張榮橋指出,獲得科學發現越來越成為深空探測可持續發展的驅動力。我國深空探測科學目標的選擇有兩個方向,首先鼓勵原創性的,即通過任務實施,我們能獲得真正新的發現,為世界矚目;再是驗證性的,即別人做過的,則我們要有獨特之處。

思考二:科學載荷——想得到的能不能得到?

深空探測的重點是空間環境、物質成分、內部結構、表面性狀等,探測要素包括電、磁、力、溫、氣、形(貌)等。我們要考慮研發什麼樣的有效載荷來實現科學目標。如,要不要開發新的測量機理、方法?能不能做到小型化、多功能化、智能化?

思考三:環境及其適應性——能否可靠到達和生存?

對於行星和行星際空間環境,我們還有太多的不知,甚至不知道「哪些不知道」。因此,我們需要更多地了解行星際空間的電磁輻射、星體的電磁特性,行星的力學特性,行星的大氣分布、組成等。還要研發深空探測相關關鍵技術,如元器件、原材料、結構、熱控、軌道設計和控制等技術。

思考四:大推力火箭——漫漫遠行路能否準時出得去?

深空探測器需要脫離地球引力;實現著陸、採樣返回等任務需要更大質量的探測器;受天體運行規律影響,發射機會難得,如火星探測每隔26個月才有一次機會。因此,火箭的運載能力直接決定了能以多大能力出得去。因此,要研發大推力火箭,實現零窗口發射。

思考五:自主導航控制——茫茫星空能否找到自己的路?

深空探測器的飛行時間通常需要幾年甚至幾十年,星地距離延伸至幾億甚至幾十億公里,星地時延達到數小時。在茫茫星空,探測器怎麼找到自己的路?除了星際航行軌道設計,我們還需要新型導航方法和導航敏感器,並實現探測器的自測量、自計算、自診斷和自恢復。

思考六:數據傳輸——天地通信能否暢通無阻?

星地距離的增大使數據傳輸信號的空間衰耗呈指數增大,星地數傳成為深空探測的「瓶頸」。除了要提高星上EIRP,還要加強地面接收能力。

思考七:能源、動力——能否另闢蹊徑?

探索木星及以遠,太陽輻照強度不能滿足衛星能源需求,而化學推進面臨長期儲存和極端環境等難題。因此,需要研究新的能源和動力方式,如高效光電轉換材料,同位素熱電轉換技術,大比沖、長壽命的化學推進,大推力、高可靠的電推進等,甚至是新型推進技術。

隨後,《報告》梳理了中國深空探測的七大重點技術發展方向,即:

自主導航/控制及自主管理技術;

深空測控通信技術;

高效電源技術;

長壽命高可靠電推進技術;

先進探測載荷技術;

智能化取樣、封裝技術;

弱引力天體表面附著與固定技術。

發展永無止境,機會總是屬於有準備的人。張榮橋最後呼籲:「希望大家攜手推動,讓中國人的深空探測走得更快、走得更遠!


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