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温度与外磁场对Si均匀掺杂的GaAs量子阱电子态结构的影响

[导读]针对我国未来可能实施的火星着陆探测任务需求,在对国外成功着陆火星的探测器大气进入段通信“黑障”现象作了简要回顾的基础上,对火星大气进入段的“黑障”成因及其对通信的影响进行了分析,进而概括提出了解决火星大气进入段通信“黑障”问题所面临的关键技术,并对相关技术的研究现状进行了简要介绍,最后对我国未来火星探测的发展提出了几点建议。

    2012 年8 月6 日( UTC) 美国新型火星探测器“好奇号( Curiosity) ”成功登陆火星表面,开展为期两年的火星探测任务。在距火星表面125km 高度,“好奇号”以每秒5. 9km 的速度进入火星大气层,经过减速最终速度降为零,整个进入、下降、着陆( Entry,Descent,and Landing,EDL) 过程历时约7分钟。从“好奇号”接触火星大气表面开始,直至降落伞展开,这个阶段称为大气进入段。在这个阶段,探测器将经历最为恶劣的气动环境,高温高压、过载峰值、热流峰值等,并会出现所谓的通信“黑障”现象

    火星探测器以高超声速进入火星大气层后,要在短时间内急剧减速,由于大气阻力的作用,在探测器的前端等处会形成很强的激波。因头部激波的压缩和大气的粘附作用,使得高速飞行探测器的动能大量转换为热能,当探测器周围的温度达到或超过火星大气电离的阀值温度时,大气分子和部分烧蚀材料便发生电离,在探测器周围形成等离子鞘套。等离子鞘套会严重吸收和散射电磁波,给探测器大气进入过程的实时通信、导航定位、进入测量等造成困难,甚至会导致探测器与外界通信联系完全中断,从而产生通信“黑障”现象。探测器在“黑障”区的最大冲击、振动、过载、热流等参数以及位置、速度等导航信息需传送至轨道器和地面,进行在轨分析和地面处理。特别是导航信息对于影响着陆精度,若能获得“黑障”区内的导航信息,会对最终着陆精度有直接帮助。此外,假若探测器在“黑障”区出现故障甚至破坏解体时,其相应状态参数的获取对于事故分析也显得尤其珍贵。因此,研究“黑障”成因及其对通信的影响,以及如何解决信号中断问题将是火星探测大气进入段的重要研究内容。

   目前国内外对载人飞船返回、导弹大气再入等的通信“黑障”问题已做了大量研究,而对于深空探测任务( 如火星大气进入) 方面的研究比较少。同时由于对火星大气环境知之较少,加之地火通信有较大时间延迟,不能像再入返回地球大气层一样依靠地面测控网对飞行器进行实时指挥和控制,因而对探测器提出了更高的技术要求和新的技术难题。鉴于此,有必要对火星大气进入段通信“黑障”问题做更加全面和深入的研究。

    随着我国深空探测活动的深入开展,火星探测将成为我国深空探测计划的重要组成部分。为此,本文首先对历次成功着陆火星的探测器进行了回顾,随后着重分析了火星大气进入段高超声速流场分布特性及通信“黑障”形成的原因。在此基础上,介绍了解决通信“黑障”问题涉及到的几项关键技术以及相关技术在国内外的研究现状,并给出了我国未来火星探测的发展建议。




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