摘要：梳理了火星环绕器2.5 m口径高增益天线在热设计、–195℃超低温环境适应性及热变形指向偏差评估分析与验证方面存在的技术难点,开展了设计和验证工作。基于热设计状态对天线在轨工作过程中典型工况下的温度场和热变形分布进行了仿真分析,并研制了一套大口径反射面天线真空热变形测量系统,完成了热变形测试验证。基于热变形数据,采用半物理仿真分析方法对高增益天线热变形后的波束指向偏差进行了评估分析。结果表明,热变形导致的波束指向偏差最大为0.028°,增益损失不超过0.5 dB,指向偏差和增益损失均在设计裕度范围内。经在轨测试,天线增益指向性能测试值与预估值吻合,有效验证了天线热设计和验证方法的准确性。

摘要：良好的接地平面是航天设备不受干扰而可靠工作的基础,是卫星系统性能稳定、安全可靠的重要保证。针对深空探测任务的火星环绕器在轨运行中存在的复杂环境,从接地设计原则、结构接地、单机接地及两器接地等方面进行设计分析,确定火星环绕器接地方案。采用Multisim电路仿真软件搭建仿真模型,对环绕器的接地设计进行仿真分析,经火星环绕器地面实验及在轨飞行验证。结果表明:环绕器上各单机工作稳定正常,接地可靠有效,为深空探测的航天器接地设计提供了参考。

摘要：天问一号火星探测器成功实现了我国首次行星环绕探测,环绕器制导、导航与控制(GNC)系统负责行星际飞行和环绕飞行全过程的姿态与轨道控制、帆板和天线的指向控制等,确保探测器被火星捕获(MOI)进入环绕轨道,并保障器地通信链路、器间通信链路和器上能源安全。本文介绍了天问一号火星环绕器GNC系统的飞行阶段、系统设计、技术特点,以及关键阶段的设计和在轨飞行结果。

摘要：器间中继通信系统是火星环绕器重要组成部分,主要功能是建立火星车与地面站的前、返向高速中继通信链路,支持整个进入减速软着陆(EDL)过程着陆器与地面中继通信以及着陆后火星车与地面中继通信,保障EDL过程着陆器遥测数据的实时下传以及整个火星车巡视期间科学数据高速对地传输。根据火星环绕器器间中继通信任务需求,设计器间中继通信系统方案,阐述了器间中继通信系统的组成、主要指标体系和实现技术路径。分析了系统设计的主要技术难点和创新点,并对其在轨工作情况予以简单介绍。相关工作和结论可以为我国后续深空探测任务的器间中继通信系统设计与在轨飞控提供借鉴。

摘要：火星探测任务面临着器地距离远、通信衰减大、器地时延大、信息传输效率低、日凌中断时间长、地火空间光照强度变化剧烈、转移轨道环境影响复杂等一系列任务难点,需要突破行星际飞行关键技术,保障火星探测器在轨健康稳定飞行,顺利完成各项预定任务。针对我国首次火星探测任务,分析行星际飞行任务过程中面临的新环境,梳理实现行星际飞行的大时延及长日凌自主管理、变光强能源管理与应急、高低温交变环境适应、变码率信息管理等关键技术,给出火星环绕器系统设计的在轨实现情况,后续可以为深空以远环绕探测任务的行星际飞行设计与实现提供参考。

摘要：针对火星探测任务飞行距离远、通信时延长、器地交互码速率变化范围大的特点,提出了多模式变码率信息系统设计方法,确保了深空机动、制动捕获、进入下降与着陆(EDL)等关键飞行过程的关键遥测实时可靠下行,保障了地面科学有效决策,完成了“祝融号”火星车的无线授时和中继通信任务,对后续其他深空探测任务具有一定的借鉴与参考意义。

摘要：火星环绕器飞行距离远,器地通信时延长,无法依靠传统地面站操控来满足实时性、安全性、可靠性要求,往往需要自主管理,自主对环绕器自身能力和状态的感知和决策,形成指令执行序列。因此针对自主管理的知识建模成为研究热点,首先分析了火星环绕器自主管理的软件需求,提出了综合电子基于软总线分层构件化的软件体系结构,设计了一种自主管理领域专用语言(DSL),用于描述多分系统间基于“时间约束和资源约束”的复杂执行序列,同时实现了一种自主管理程控解释器,用于综合电子软件对DSL描述的知识库自主执行;其次为了提高软件开发效率,避免领域专家理解歧义,开发基于DSL的自主管理代码生成器,实现从自主管理DSL知识建模到源代码生成;最后选取典型的应用场景“环绕器与巡视器UHF中继通信”和“两器分离自主程控”,验证了自主管理DSL描述能力和代码生成器效果。结果表明:该DSL在表达能力、执行效率和可靠性安全性方面具优势,已在火星环绕器在轨成功应用,对未来深空探测任务规划设计具有借鉴和参考意义。

摘要：火星环绕器为火星车提供数据中继通信服务,由于火星环绕器的运行轨道为大椭圆轨道,每个中继通信弧段较短,若采用固定传输速率的通信模式,则中继链路数据吞吐量会很少。为了提高中继链路通信能力,文章采用了X中继通信机A/B机设计,通过可变环路带宽实现了中继接收通道具有多码速率接收解调的能力。

摘要：提出了基于故障树分析(FTA)的火星环绕器制导导航控制(GNC)分系统故障容限设计方法,解决了系统功能复杂、产品类型多样引起的故障容限设计难题。采用FTA对火星环绕器GNC分系统主要工作模式的故障进行分析,通过结构重要度计算找出关键环节,进而有针对性地进行故障容限设计。提供了FTA方法在火星环绕器GNC分系统故障容限设计中的具体应用和流程。

摘要：“天问一号”火星环绕器实现了中国首次自主火星探测任务“绕”的目标,通过携带的遥感探测类载荷实现火星空间环境和表面环境的探测。文章通过与国外火星环绕探测器在探测目标、平台能力等方面的对比分析,介绍了“天问一号”火星环绕器的总体设计方案;同时,通过飞行过程的环境特点与任务剖面分析,给出了“天问一号”火星环绕器设计的技术难点与挑战。最后,进一步对技术特点进行了总结。