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“天问一号”探测器轨道确定及精度评估

测绘学报 2024年第7期53卷 1288-1297页

作者：满海钧曹建峰鞠冰李勰孔静刘山洪航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 北京航天飞行控制中心北京100094

“天问一号”是我国首个自主火星探测任务,高精度轨道确定是圆满完成工程任务和科学数据分析的基础。针对“天问一号”不同飞行阶段的轨道特性、力学环境及测量水平,本文采用不同策略进行轨道确定并评估精度,在地火转移阶段轨道精度优于... 详细信息

“天问一号”是我国首个自主火星探测任务,高精度轨道确定是圆满完成工程任务和科学数据分析的基础。针对“天问一号”不同飞行阶段的轨道特性、力学环境及测量水平,本文采用不同策略进行轨道确定并评估精度,在地火转移阶段轨道精度优于4 km,环火停泊阶段轨道精度优于1 km,中继通信阶段轨道精度优于100 m;双程测距数据精度约为0.5 m,1 s积分双程测速数据精度约为0.2 mm/s,VLBI时延数据精度约为0.3 ns。“天问一号”定轨精度主要受到太阳光压和姿控模型误差影响,在定轨过程中求解光压系数和经验加速度十分必要。“天问一号”探测器光压系数与经验加速度存在一定程度的耦合,需要添加先验约束信息。

关键词：天问一号精密定轨太阳光压姿控推力

天问一号拓展任务对火星低阶重力场解算的潜在贡献分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2023年第1期48卷 58-64页

作者：刘山洪鄢建国杨轩叶茂郭茜王波李斐武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 北京航天飞行控制中心北京100094 卫星导航系统与装备技术国家重点实验室河北石家庄050081

天问一号是中国首次独立开展的行星际探测任务,实现了对火星的环绕、着陆、巡视探测。天问一号正常科学任务阶段环绕以极轨设计为主,与历史火星任务类似,对当前火星重力场模型精度改进有限,因此其拓展任务轨道选取至关重要。通过对极轨... 详细信息

天问一号是中国首次独立开展的行星际探测任务,实现了对火星的环绕、着陆、巡视探测。天问一号正常科学任务阶段环绕以极轨设计为主,与历史火星任务类似,对当前火星重力场模型精度改进有限,因此其拓展任务轨道选取至关重要。通过对极轨圆轨道和近赤道大偏心率轨道进行仿真模拟,分析两种典型轨道构型对现有火星重力场模型改进的可能性,基于不同误差考量仿真解算了对应6个重力场模型。借助重力场功率谱分析,发现在测量噪声为0.1 mm/s的情况下,不论采用极轨还是近赤道轨道,一个月的跟踪数据均可较好地反演出42阶次的火星重力场模型;考虑综合误差影响之后,发现两种轨道对于重力场解算精度类似,其中实施近赤道大偏心率轨道对35阶次以上约束略强。

关键词：火星重力场 GGM-3 功率谱天问一号

2016HO3探测任务星载光学观测量建模及定轨

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空间科学学报 2023年第3期43卷 521-530页

作者：黄皓刘山洪曹建峰李勰高健北京师范大学天文系天文与天体物理前沿科学研究所北京100875 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 北京航天飞行控制中心北京100094

以中国首次小行星探测任务为背景,根据星载相机获取的光学影像构造三种观测量,分别为小行星相对于航天器的高度角和方位角、赤经赤纬以及探测器与行星/小行星之间的夹角,分析了其在探测器定轨中的作用。仿真定轨结果表明,观测时长为100... 详细信息

以中国首次小行星探测任务为背景,根据星载相机获取的光学影像构造三种观测量,分别为小行星相对于航天器的高度角和方位角、赤经赤纬以及探测器与行星/小行星之间的夹角,分析了其在探测器定轨中的作用。仿真定轨结果表明,观测时长为100 h,探测器三轴位置误差小于50 km,满足工程上对巡航段的轨道精度要求,但x和y方向的位置和速度分量具有较强自相关性。此外还发现,使用单一观测数据类型比联合观测量的定轨精度低3~4个量级,第三类观测量相对于其他两类观测量在定轨精度方面具有显著作用,这表明在2016HO3探测中,利用太阳系大天体的位置信息有助于约束探测器轨道,提高探测器的定轨精度。

关键词：光学导航精密定轨小行星469219(Kamo`oalewa) 小行星探测

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基于“天问一号”数据的自主火星重力场构建

中国科学：物理学、力学、天文学 2023年第8期53卷 185-192页

作者：张荣桥刘山洪李海涛鄢建国耿言探月与航天工程中心北京100101 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 北京航天飞行控制中心北京100094 北京跟踪与通信技术研究所北京100094 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079

“天问一号”是中国首次自主火星探测任务,一次实现了对火星的环绕、着陆、巡视探测.火星物理场与内部结构研究是“天问一号”任务设定的五大科学目标之一,本文先回顾了国内外在火星重力场方面研究的新进展.为探究“天问一号”当前轨道... 详细信息

“天问一号”是中国首次自主火星探测任务,一次实现了对火星的环绕、着陆、巡视探测.火星物理场与内部结构研究是“天问一号”任务设定的五大科学目标之一,本文先回顾了国内外在火星重力场方面研究的新进展.为探究“天问一号”当前轨道对火星重力场解算贡献,本文开展了仿真1年的“天问一号”任务轨道跟踪数据对基于3个月300 km圆极轨道跟踪数据解算火星重力场的贡献.结果表明,加入“天问一号”数据对极轨道数据解算的火星重力场方面的改进主要表现在2–10阶次和35–45阶次,另外还发现大偏心率轨道和数据增多有助于降低火星重力场低阶次模型误差.进一步地,本文还处理了“天问一号”近4个月的实际射电跟踪数据(2022年07月至2022年11月),解算得到1个10阶次自主火星重力场模型.这对后续火星基础模型的研究,特别是自主火星重力场的构建,具有一定参考意义.

关键词：火星探测 “天问一号” 火星重力场功率谱低阶项

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深空探测器射电跟踪数据应用研究

武汉大学学报（信息科学版） 2022年第2期47卷 323-323页

作者：刘山洪武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 北京航天飞行控制中心航天飞行动力学技术重点实验室北京100094

嫦娥探月工程“绕、落、回”三步走圆满收官,收集到大量独有的射电跟踪数据,极大地推动了中国射电跟踪数据应用方面的研究。重力场恢复是射电跟踪数据最直接的科学应用,是研究天体内部结构的重要手段,因此发掘嫦娥数据在月球重力场解算... 详细信息

嫦娥探月工程“绕、落、回”三步走圆满收官,收集到大量独有的射电跟踪数据,极大地推动了中国射电跟踪数据应用方面的研究。重力场恢复是射电跟踪数据最直接的科学应用,是研究天体内部结构的重要手段,因此发掘嫦娥数据在月球重力场解算方面的贡献尤为紧迫。近年来,中国深空探测逐渐从月球向太阳系纵深发展,一方面正在实施火星探测任务,另一方面正在规划木星系探测任务。虽然Cassini和Juno任务的成功实施获取了大量射电跟踪数据,极大地推动了气态行星重力场和内部结构方面的研究,但还存在诸多科学问题。本文在中国深空探测的背景下,着力于探测器射电数据处理与应用研究,行文逻辑按照先理论、再仿真、后实测数据处理。

关键词：数据处理与应用月球重力场跟踪数据重力场恢复探月工程火星探测深空探测器内部结构

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主小行星带对火星轨道长期动力学影响评估

中国科学：物理学、力学、天文学 2023年第2期53卷 110-118页

作者：刘山洪吴正楷曹建峰鄢建国李勰航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 北京航天飞行控制中心北京100094 武汉大学数学与统计学院武汉430072 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430072

“天问一号”任务的成功实施标志着我国正迈向月球以外更远的深空,面临着更为复杂的空间动力学环境,探测难度将不断增大.小行星带毗邻火星,不完全考虑其产生的摄动会严重影响火星轨道动力学参数解算精度,进而间接影响太阳系历表构建和... 详细信息

“天问一号”任务的成功实施标志着我国正迈向月球以外更远的深空,面临着更为复杂的空间动力学环境,探测难度将不断增大.小行星带毗邻火星,不完全考虑其产生的摄动会严重影响火星轨道动力学参数解算精度,进而间接影响太阳系历表构建和高精度火星探测任务实施.为研究主带小行星动力学影响,本文先分析了主带小行星的分布特性,建立了太阳系动力学积分环境,结果表明:除火星外的内太阳系行星轨道积分10年与DE421的差异小于15 m,火星轨道积分差异约百米量级.基于点质量模型、单环模型和最新六环模型估算了其对火星轨道的影响,积分10年误差分别约为2 km,31.3 m,2 m.最后讨论了环模型与太阳系行星轨道参数共同解算情况,证实了环模型参数修正后火星距离观测量残差理论上可进一步降低至亚米级,同时发现仅利用距离观测量行星初始轨道根数在Z轴方向上解算误差较大.

关键词：主带小行星火星历表太阳系动力学模型

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太阳系多星精密定轨软件

深空探测学报（中英文） 2022年第5期9卷 532-541页

作者：曹建峰李勰鞠冰满海钧张宇刘山洪航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 北京航天飞行控制中心北京100094

针对太阳系空间的航天器轨道计算与应用需求,定位于科学研究与工程试验,研发了太阳系多星精密定轨及数据分析软件(MODAS)。描述了软件的设计与实现,包括数据组织管理、基础服务、观测数据类型、参数解算处理;详细介绍了软件实现的特点,... 详细信息

针对太阳系空间的航天器轨道计算与应用需求,定位于科学研究与工程试验,研发了太阳系多星精密定轨及数据分析软件(MODAS)。描述了软件的设计与实现,包括数据组织管理、基础服务、观测数据类型、参数解算处理;详细介绍了软件实现的特点,通过对月球、火星、木星及小行星探测数据的处理与比较,验证了软件的功能及精度;对软件下一步发展进行了分析展望。验证结果表明,该软件可应用于多天体、多探测器的联合定轨计算,并可拓展应用于行星科学的研究。

关键词：深空探测参数解算观测建模精密定轨软件系统数据处理

中国VLBI观测网对木星低阶重力场解算的贡献

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武汉大学学报（信息科学版） 2020年第6期45卷 862-869页

作者：刘山洪鄢建国叶茂李斐武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 武汉大学中国南极测绘研究中心湖北武汉430079

随着中国深空探测进程的不断推进,研究热点逐渐从月球、类地行星转向气态行星。木星探测任务中,探测器精密定轨软件的研制是探测初期模拟仿真以及任务实施期间无线电跟踪数据处理的重要工具,而其中涉及的木星重力场模型、自转定向模型... 详细信息

随着中国深空探测进程的不断推进,研究热点逐渐从月球、类地行星转向气态行星。木星探测任务中,探测器精密定轨软件的研制是探测初期模拟仿真以及任务实施期间无线电跟踪数据处理的重要工具,而其中涉及的木星重力场模型、自转定向模型等相关参数的解算则是重要的科学问题。介绍了自研木星探测器精密定轨及动力学参数解算软件(Jupiter gravity recovery and analysis software,JUPGREAS),并与GEODYN-Ⅱ(geodetic parameter estimation and precision orbit determination system-Ⅱ)进行了对比验证。结果显示,轨道预报7 d的精度在10-4m量级;均使用高斯白噪声为1 mm/s的双程测速观测值进行精密定轨解算,两套软件之间的初轨改正量最大差异为1.84 m。基于JUPGREAS仿真处理了中国深空网和甚长基线干涉测量观测网(Chinese very long baseline interferometry network,CVN)跟踪的木星探测器数据,对甚长基线干涉测量时延和双程多普勒观测量中分别加上0.5 ns和0.5 mm/s的高斯白噪声,其定轨位置误差为0.822 m。结果还表明,相较于单纯使用多普勒数据,加入CVN跟踪的时延数据后,木星重力场带谐项系数解算精度有了明显提高。

关键词：精密定轨木星重力场木星探测器精密定轨及动力学参数解算软件甚长基线干涉测量

斜拉索HDPE防护套的损伤机理及预防对策研究

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2013年第S1期32卷 888-893页

作者：刘山洪重庆交通大学土木建筑学院重庆400074

阳光照射在常规斜拉索HDPE护套上形成温度梯度,在截面上护套形成不均匀变形,除两锚固端外,通常无缝的护套结构形式导致其不可避免的产生环向及纵向裂纹。对常见的斜拉索防护套破损机理以及典型的斜拉索防护层结构进行了理论分析,提出了... 详细信息

阳光照射在常规斜拉索HDPE护套上形成温度梯度,在截面上护套形成不均匀变形,除两锚固端外,通常无缝的护套结构形式导致其不可避免的产生环向及纵向裂纹。对常见的斜拉索防护套破损机理以及典型的斜拉索防护层结构进行了理论分析,提出了增加刚性过渡层的防护套构造措施。增设遮阳系统,可降低HDPE管的应力幅值,有效地延长斜拉索防护套的使用寿命,节约养护维修成本。

关键词：高密度聚乙烯斜拉索护套损伤机理刚性过渡层耐久性