深空探测概况

嫦娥探月工程
嫦娥一号卫星的工作轨道 调相轨道 地月转移轨道 月球捕获轨道 环月工作轨道
嫦娥探月工程
• 卫星的制导、导航与控制系统 卫星的制导、 –卫星制பைடு நூலகம்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。
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 卫星的姿态控制。因为“嫦娥一号”在正常探测时， 分探测仪器需要对准月面，卫星太阳帆板要对准太阳， 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。 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 远距离的通讯。由于地月之间距离接近四十万公里， 么远距离通讯，涉及到卫星上的天线要对准地球， 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。 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。 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 探测仪器。 它在后续的工作中是否能够正常工作要面临考验。 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 工作一年。 嫦娥一号”卫星设计的探测任务是工作一年， 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。 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。
– 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。
– 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。
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。
嫦娥探月工程概述
嫦娥探月工程
整个探月工程分为“ 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 第一步：2007年10月24日发射 探月卫星“嫦娥一号” 探月卫星“嫦娥一号”，对月 球表面环境、地貌、地形、 球表面环境、地貌、地形、地 质构造与物理场进行探测。 质构造与物理场进行探测。
• 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。
第一章 深空探测概况
返回舱展示
火星采样返回 （第一次） 第一次）
载人技术演示
载人月球任务
第一次载人任务的 货运基础
火星生物学
火 星 采 样 返 回技术先驱任务 第二次） （第二次）
机器人登陆 火星任务
第一次载人 火星任务
• 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
• 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
CE-1概述
领军人物
总指挥： 总指挥：栾恩杰 首席科学家：欧阳自远 首席科学家： 总设计师： 总设计师：孙家栋
卫星系统总设计师： 卫星系统总设计师：叶培建 测控系统总设计师： 测控系统总设计师：于志坚
CE-1总体设计
系统组成
CE-1有效载荷设计
• 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。
1.8 深空探测的历程
• 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。
CE-1概述
嫦娥探月工程
整个探月工程分为“ 整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段
[第二步] 目标是研制和 第二步] 发射航天器，以软着陆的方 发射航天器， 式降落在月球上进行探测。 式降落在月球上进行探测。 使用降落在月面上的巡视车、 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， 与矿物成分，测定着陆点的 热流和周围环境。 热流和周围环境。
• 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
• 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
• 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。
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。
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。 嫦娥工程”分为“ 三个阶段。
• 第一阶段绕月探测（2004年—2007年），研制发 第一阶段绕月探测（2004年 2007年），研制发 2007 射一枚月球探测卫星—“嫦娥一号 嫦娥一号” 射一枚月球探测卫星 嫦娥一号”，实现环绕月 球飞行探测。 球飞行探测。 • 第二阶段，月面软着落探察和月面巡视勘察 第二阶段， 2007～2010年）。研制发射月球探测器 研制发射月球探测器， （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。 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 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， ）。研制发射月球车 稍后）。研制发射月球车，到月面巡视勘察和取 样返回。 样返回。
CE-1概述
嫦娥探月工程
整个探月工程分为“ 整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段
[第三步] 2011至2020年，目标 第三步] 2011至2020年 是月面巡视勘察与采样返回，为下 是月面巡视勘察与采样返回， 一步载人登月探测、 一步载人登月探测、建立月球前哨 站的选址提供数据资料。 站的选址提供数据资料。
–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。
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：