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发信人: bage (铁八哥@hiahia), 信区: Aero
标  题: 深空探测技术的发展现状与趋势 
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年08月08日00:48:21 星期四), 站内信件

随着人类空间探测活动范围的扩大及探测任务进一步趋于多样化，深空探测的新型推进
技术、探测器智能自主技术、新型传感器和载荷技术、测控与通信技术等都得到了长足
的发展，并在深空探测活动中发挥了重要作用；有的还正在进一步研发，将列入今后的
深空探测计划去实际应用。
一、发展现状
1、电推进与核推进技术
对于深空探测来说，找到快速、高效的推进方式是很重要的。由于传统火箭并不适用于
更深一层的宇宙探测，因此，深空探测中的电推进和核推进技术的研发及其应用已引起
航天大国的高度重视。
由于电推进具有比冲高、推力小、能重复启动、重量轻和寿命长等特点，它很有可能将
成为未来深空探测器的首选推进技术。
美国电推进的研究范围几乎覆盖了所有类型的电推力器，但以离子发动机的研制为主，
美国航空航天局（NASA）在其中扮演了最活跃的角色。最近它有一项规模很大的计划是
“NASA太阳电推进技术应用及准备计划”。 1998年10月NASA发射的探测器“深空1号”
率先实现以离子发动机系统为主推进，这标志着电推进的应用进入了一个崭新阶段。“
深空1号”在离子推进系统工作期间，其自主导航仪能够根据太阳电池阵产生电能的模型
和器载设备耗功的情况，选择推力器的节流级，调节推力大小。并且在一般情况下，弹
道机动和中途修正也由离子推进系统来执行。
在欧洲，尽管目前还没有上天运行的电推进系统，但他们也已经将电推进作为未来十大
尖端技术之一。目前法国正在研制稳态等离子体推力器，欧洲空间局也准备应用氙离子
推力器。ESA定于2003年前后发向月球的小型先进研究与技术卫星SMART－1及其系列卫星
，目的之一就是验证如何利用离子推进技术把未来的探测器送入绕水星运行的轨道。
俄罗斯的稳态等离子体推力器得到了实际应用。日本的电弧加热式推力器已在空间自由
飞行器上通过了空间在轨测试。
目前，国际电推进研究对象还扩展到了一些采用新的工作原理的推进方案，如采用微加
工工艺成型的微型离子器、采用等离子体气体聚变的推力器等。而所有这些项目大多得
到了政府和大公司的资金支持。
国际上核推进技术的研发也已崭露头角。核推进火箭提供的最大速度增量可达到每秒钟
22千米，使航天器到达土星的飞行时间可减少到三年，而传统航天器则要花费七年的时
间。核推进火箭非常安全而且有利于环保，这一点与人们平时的想象相反，因为发射核
火箭时，放射性并不强。载有核助推器的航天器可作为普通化学火箭头部的有效载荷被
发射出去，当有效载荷进入地球高轨道时，即大约800公里以上，核反应堆开始工作。
制造核动力火箭发动机所需的技术并非遥不可及。目前美国已经设计出一种小型核动力
火箭发动机，称为微型核反应堆发动机，大约六至七年可制造出来。美国NASA最近表示
，它近期在深空探测技术方面想做的主要是加速包括核能推进在内的新推进技术的研发
工作。在NASA2003财年预算草案中，有4.65千万美元用于核推进研究；有7.9千万美元用
于航天器核反应堆研制。
2、探测器智能自主技术
由于传统控制技术越来越难以满足航天器深空探测任务多样性和姿态控制、轨道控制的
高性能指标要求，先进航天国家早在20世纪80年代就着手发展航天器智能自主技术，并
在自己的空间探测计划中逐渐增大了对智能自主技术的投入力度。
欧空局较早就展开了在轨智能自主技术的研究。美国NASA新盛世计划把智能自主技术放
在首位，旨在研制自主航天器，使深空探测器能自主完成导航控制、数据处理、故障判
断和部分重构与维修工作，从而大大减少对地面测控、通信等支持系统的依赖。俄罗斯
和日本的航天研究机构，在自主技术方面也都开展了研发工作。印度宇航界也非常重视
具有自主功能的软件开发。
美国在深空探测器的智能自主技术方面取得了重要突破。作为NASA新盛世计划的先导，
1998年10月发射的“深空1号”探测器，通过远程代理、自主导航、信标操作、自主软件
测试和自动编码等技术途径充分实现了智能自主控制，这是目前单个航天器智能自主技
术应用的最高水平。
3、新型传感与载荷技术
在新型传感技术方面，美国NASA正在根据X2000计划研发有源像元敏感器技术，以实现集
成多功能成像，并开展了集成敏感器的研究。为了在技术上取得革命性突破，满足长远
的深空探测应用需求，NASA还正在研发最富有挑战性的前沿技术：生物――分子签名敏
感技术，用以识别生命。
在深空探测器载荷技术方面，我们把目前已经或将要使用的有效载荷技术，归纳为以下
几个方面：
光谱仪：有红外光谱仪、紫外光谱仪、成像X射线光谱仪、伽马射线光谱仪、中子光谱仪
等。
其它探测仪：有合成孔径雷达、亚表面探测雷达/高度计、辐射测量仪、微型行星地震仪
、射电科学实验件、空间等离子体探测仪等。
成像技术：有高分辨率立体相机、小型成像相机、微型成像相机、芯片相机、热散发成
像系统等。
漫游技术：月球漫游车、火星漫游车等。
取样技术：有穿头和钻探取样装置等。例如，“火星极地着陆器”探测器携带了很多穿
头，用于研究火星表面及亚表面的地震和磁特性。每个穿头重2.4公斤(包括气动壳体在
内为3.6公斤)，能穿到坚冰以下20厘米。
4、测控与通信技术
在深空探测测控技术方面，除了美国建立了深空网之外，ESA也在澳大利亚建立了深空观
测地面站，天线直径为35米。过去，ESA曾利用NASA的深空网进行深空跟踪，但随着ESA
和NASA深空探测器的增多，NASA的深空网显然不能满足全部需要，于是，ESA不得不建立
自己的深空探测网。
为了解决深空探测器的通信时延、深空测角以及连续观测等问题，目前国际上采取的措
施有：通过加大地球上深空站的天线口径、提高射频频段、降低接收系统噪声温度、采
用先进的信道编译码技术和信源压缩技术等措施来克服巨大距离损失，运用连接端站干
涉仪（CEI）技术来实时提供测角数据用于实时导航，立足于全球布设陆基深空网，来克
服地球自旋影响，以提供全天时连续观测。
在深空探测通信技术方面，美国正在进行中高速宽带光通信终端的试验，要求在2003年
前研制出第一批宽带光通信终端。由于未来的深空探测也将采取星座和组网的工作方式
，通信中继技术将必不可少。它将为星座或网络中的探测器与探测器之间、着陆器与轨
道器之间、巡视车与基地站之间、机器人与其他装置之间，提供通信保障。
二、发展趋势
21世纪上半叶，先进航天国家将重点发展有助于更快、更远、更省地开展深空探测活动
的一系列关键技术，主要包括小型化技术、高级自主和智能技术、光学通信技术、高效
推进技术、高效能源变换和传输技术、行星整体成像技术等。
1、微小型化技术
小而轻、节省功率的探测器和有效载荷能更加有效地支持深空探测活动。微机电系统(M
EMS)这类超微型加工技术和集成技术将给微型深空探测器的发展作出重大贡献，使电源
、遥控、数据处理、制导与控制系统实现以微机为核心的高度集成，实现模块化、微型
化、超轻量化。探测器的总质量将比现在减少一个量级。
2、高级自主和智能技术
操作和控制深空探测器的自主技术将进一步发展。这将大大增强深空探测活动的效率，
使深空探测器的操作高度自动化，包括导航、跟踪、精确着陆、失效监测和校正等。这
样，可使探测外行星的探测器能自动取样返回、自升和下降。
3、光学通信技术
由于光学通信有大容量、非相干性、轻便、小型等许多优点，它将会作为未来深空探测
的重要信息传输手段而大力发展。预计光通信在2010年前后将获得广泛应用。光通信终
端的研制成功将可以充分发挥深空探测器上的高分辨率、宽视场成像仪的作用， 而不受
数据传输能力的限制。
4、高效推进技术、高效能源变换和传输技术
在深空探测中，为了缩短到达行星或恒星的时间，为使观测卫星能以较少推进剂而携带
更多观测仪器等，都会使电推进、核推进等高效推进技术成为最重要的技术而得以更快
的发展。
高效能源变换技术将朝着小型、轻便太阳电池方向发展。在传输技术方面，未来将开发
微波或激光能源传输技术，包括从卫星到深空探测器，从月球上的能源站到深空探测器
等的能源传输。
5、行星整体成像将成为重要探测方式
将使用高能中性原子、紫外和射频成像技术，进行行星整体成像的探测。
6、其它高技术渗透到探测的各个方面
除了上述空间探测的关键技术等将得到很大发展之外，人工智能用于成像分析、高分辨
率的X射线成像仪中的极精密金-钨栅网、大口径和重量轻的光学望远镜等，也将在深空
探测中发挥重要作用。新一代光学望远镜能发现比现在可观测的物体弱400倍的天体，可
测量暗物质的结构和质量，能确定宇宙的形状，证实在其它恒星周围存在的行星； X射
线星座的灵敏度比现在提高100倍，可测量演变的宇宙中物质的生存循环。这些高技术的
使用，将大大提高深空探测器的性能。 
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