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祝融号火星车科学探测模式设计与验证

王连国 朱岩 张宝明 沈卫华 李雪 薛彬 李玉喜 徐卫明 孙树全 蔡治国 王蔚

王连国, 朱岩, 张宝明, 沈卫华, 李雪, 薛彬, 李玉喜, 徐卫明, 孙树全, 蔡治国, 王蔚. 祝融号火星车科学探测模式设计与验证[J]. 空间科学学报, 2023, 43(3): 485-498. doi: 10.11728/cjss2023.03.20220022
引用本文: 王连国, 朱岩, 张宝明, 沈卫华, 李雪, 薛彬, 李玉喜, 徐卫明, 孙树全, 蔡治国, 王蔚. 祝融号火星车科学探测模式设计与验证[J]. 空间科学学报, 2023, 43(3): 485-498. doi: 10.11728/cjss2023.03.20220022
WANG Lianguo, ZHU Yan, ZHANG Baoming, SHEN Weihua, LI Xue, XUE Bin, LI Yuxi, XU Weiming, SUN Shuquan, CAI Zhiguo, WANG Wei. Design and Verification of Scientific Exploration Mode of Zhurong Mars Rover (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2023, 43(3): 485-498 doi: 10.11728/cjss2023.03.20220022
Citation: WANG Lianguo, ZHU Yan, ZHANG Baoming, SHEN Weihua, LI Xue, XUE Bin, LI Yuxi, XU Weiming, SUN Shuquan, CAI Zhiguo, WANG Wei. Design and Verification of Scientific Exploration Mode of Zhurong Mars Rover (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2023, 43(3): 485-498 doi: 10.11728/cjss2023.03.20220022

祝融号火星车科学探测模式设计与验证

doi: 10.11728/cjss2023.03.20220022 cstr: 32142.14.cjss2023.03.20220022
基金项目: 国家航天局探月与航天工程中心首次火星探测项目资助
详细信息
    作者简介:
  • 中图分类号: V446

Design and Verification of Scientific Exploration Mode of Zhurong Mars Rover

  • 摘要: 受通信能力低、能源不足等限制,祝融号火星车有效载荷科学探测需提高探测效率,以有限资源获取尽可能多的有效探测数据。祝融号火星车的巡视探测科学任务着眼于火星局部地区,包括火星车行驶时载荷探测和火星车停止时定点就位载荷探测两个主要工况。统筹考虑祝融号火星车移动能力、通信能力、能源能力、热控能力等约束,合理划分工程活动和科学探测活动可用的资源,协调使用火星车的桅杆和移动系统,优化组合各载荷工作模式,设计了高效载荷探测模式。该探测模式与基于工作模式表的自主探测控制方式相结合,解决了资源受限情况下的多载荷协同探测难题。祝融号火星车有效载荷系统圆满完成了预期探测任务,设计的科学探测模式全部得到在轨验证。结果表明这些模式设计合理有效,满足安全、自主、高效开展科学探测的需求。

     

  • 图  1  祝融号火星车高效探测工作模式

    Figure  1.  Efficient exploration mode of the Zhurong Mars rover

    图  2  祝融号火星车典型探测流程

    Figure  2.  Zhurong Mars rover typical exploration process

    图  3  探测模式2流程

    Figure  3.  Process of exploration mode 2

    图  4  移动模式探测时间分布

    Figure  4.  Time distribution of roving exploration

    图  5  就位探测模式(模式2)探测时间分布

    Figure  5.  Time distribution of in situ (mode 2) exploration

    图  6  低频通道70 m探测结果

    Figure  6.  Measuring result of low frequency channel (70 m)

    图  7  高频通道70 m探测结果(色条表示目标反射电磁波的相对能量)

    Figure  7.  Measuring result of high frequency channel 70 m (The color bar represents the relative energy value of the electromagnetic waves reflected by the target)

    图  8  探测模式2选取的探测目标(图片来源:中国科学院国家天文台)

    Figure  8.  Target selected in exploration mode 2 (Picture source: NAOC)

    图  9  多光谱相机拍摄的岩石及光谱反射率曲线

    Figure  9.  Rock and spectral reflectance curves taken by Multispectral Camera

    图  10  火星表面成分探测仪探测结果

    Figure  10.  Measuring result of Mars Surface Composition Detector

    图  11  火星表面磁场探测仪探测结果

    Figure  11.  Measuring result of Mars Rover Magnetometer

    图  12  火星气象测量仪探测结果

    Figure  12.  Measuring result of Mars Climate Station

    表  1  有效载荷工作条件约束矩阵

    Table  1.   Constraint matrix of payload working condition

    火星车运动状态火星车位置、朝向火星车桅杆云台
    多光谱相机 静止 接近和朝向探测目标,距离目标大于1.5 m 桅杆云台转动,使多光谱相机指向目标
    次表层探测雷达 行驶 无约束 无约束
    表面成分探测仪 静止 接近和朝向探测目标,距离目标2~5 m,目标在其二维指向镜指向范围内,太阳高度角不小于30° 无约束
    表面磁场探测仪 静止 无约束 桅杆云台处于零位
    气象测量仪 行驶和静止都可 无约束 桅杆云台处于零位
    下载: 导出CSV

    表  2  有效载荷典型探测模式

    Table  2.   Payload typical exploration mode

    飞行
    阶段
    对应飞行
    程序
    多光谱
    相机
    次表层
    探测雷达
    表面成分
    探测仪
    磁场
    探测仪
    气象
    测量仪
    时长数据量
    释放
    分离
    第8个火星日,探测模式1 × × × × 机动测量模式(声音) 根据火星车移动时间 约12 Mbit(移动10 m时)
    第11、14
    个火星日,移动模式
    × 定距离触发模式 × × 常规测量模式1(气温气压风场) 根据火星车移动时间 约12 Mbit(移动10 m时)
    火面科学探测 火星车移动时,移动模式探测 × 定距离触发模式 × 正常采样模式(火星车移动结束后) 机动测量模式(气温气压风场) 根据火星车移动时间 约28 Mbit(移动20 m时)
    火星车静止时,探测模式2探测 对标定板和前方2个目标进行8谱段拍照 × 3个LIBS标样在轨定标,2个短波标样在轨定标;对2个目标进行LIBS光谱采集模式、显微成像、被动短波红外光谱采集模式 正常采样模式 机动测量模式(气温气压风场声音) 91 min 185 Mbit
    (多光谱相机图像114 Mbit,其他载荷约71 Mbit)
    火星车静止时,探测模式3探测 × × × 正常采样模式 机动测量模式(气温气压风场声音) 82 min 约5 Mbit
     × 表示该载荷不工作。
    下载: 导出CSV

    表  3  设计寿命期内使用的模式表

    Table  3.   Working mode table used during the nominal mission period

    名称说明模式表
    执行时长
    应用的
    探测模式
    模式表0空表 暂未使用
    模式表1气象测量仪探测5 min 15 s移动模式
    模式表2气象测量仪和磁场测量仪探测81 min探测模式2、3
    模式表3雷达探测状态设置22 s移动模式
    模式表4地火转移自检16 min 35 s地火转移自检
    模式表5释放分离自检17 min 29 s释放分离自检
    模式表6多光谱相机定标7 min 10 s探测模式2
    模式表7表面成分探测仪定标39 min 47 s探测模式2
    模式表8多光谱相机探测6 min 探测模式2
    模式表9表面成分探测仪探测29 min 50 s探测模式2
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-19
  • 修回日期:  2022-08-24
  • 网络出版日期:  2022-12-10

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