火星探测器推进系统初步设想

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1、第40卷第2期2014年4月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPUKSIONV01．40．№．2Apr．2014火星探测器推进系统初步设想刘川，刘俊，邱鑫，林庆国(上海空间推进研究所，上海201112)摘要：火星探测是深空探测的重要内容之一，全面了解和掌握火星探测器的特点对进行火星探测具有重要意义。本文分析了国外火星探测器推进系统的系统组成和工作原理，介绍了我国火星探测器推进系统的初步设计方案，结合工程应用现状，提出了火星探测器推进系统的关键技术。关键词：火星探测；推进系统；初步设计；关键技术中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2014)02

2、-0044-05PreliminarydesignofpropulsionsystemforMarsexplorationLIUChuan，LIUJun，QiUXin，LINQing-guo(ShanghaiInstituteofSpacePropulsion，Shanghai201112，China)Abanaet：MarsExplorationisanimportantcontentofdeepspaceexploration．ItissignificanttounderstandandmasterthecharacteristicsofMarslanderforMarsexplo

3、ration．Thesystemcomposi—tionandworkingprincipleofthepropulsionsystemsofforeignMarslandersareanalyzedinthispaper．ThepreliminarydesignschemeofMarslanderpropulsionsysteminChinaisintroduced．Accordingtotheengineeringstatus，thekeytechnologiesassociatedwithMarslanderpropulsionsystemarepresented．Keyword

4、s：Marsexploration；propulsionsystem；preliminarydesign；keytechnology0引言深空探测是航天技术三大重要领域(人造地球卫星、载人航天和深空探测)之一⋯。随着航天技术的发展，深空探测作为一个国家综合国力和科学技术发展水平的重要象征，引起世界各国极大关注。深空探测已成为美国、俄罗斯、欧洲诸国和日本等拥有空间技术实力的国家在21世纪的重要战略目标。人类深空探测的重点从20世纪90年代开始倾向火星。火星的特点与地球有许多相近之处，某些自然条件也适合生命的生存。通过探索火星，研究火星的磁场、大气和气收稿日期：2013—12—26；修回日

5、期：2014-01-20作者简介：刘川(1986一)，男，硕士，研究领域为空间飞行器推进系统第40卷第2期刘川，等：火星探测器推进系统初步设想45候、空间环境、地貌等内容，是实现人类建立第二家园和寻找地外生命等愿望的重要途径之一【2】。迄今为止，美国、俄罗斯、欧洲诸国和日本等进行过42次火星探测行动，其中有15次为着陆方式登陆火星，但成功完成登陆火星任务的仅8次左右。中国首颗火星轨道器“萤火一号”和俄罗斯的“福布斯一土壤”(Phobos—Grant)卫星于2011年一起搭载联盟号运载火箭从拜科努尔航天中心发射升空，但随着火箭的故障一起坠落，以失败结束。推进系统作为探测器的核心，它的合理

6、设计起着至关重要的作用。按照型号研制经验，推进系统的研制需要提前8年以上，我国也进行了多次火星探测方案论证。本文对调研的相关资料进行了整理和分析，介绍了国外火星探测器推进系统的系统组成，并提出了我国火星探测器推进系统的初步设想以及推进系统设计中的关键技术，以期对我国火星探测起到借鉴作用。1国外探测器推进系统介绍1．1“海盗号”探测器推进系统海盗计划是继“旅行者”深空探测器之后，NASA又一雄心勃勃的火星勘测计划。“海盗一号”于1975年8月20日发射，“海盗二号”于1975年9月9日发射。二者均使用“泰坦III—E”运载火箭和“半人马”上面级发射，主要由轨道器和着陆器(着陆器模型见图1

7、)组成。轨道器和着陆器含推进剂的总重为3527kg，分离并着陆后，着陆器重600kg，轨道器重900kg。图1“海盗号”着陆器模型轨道器采用双组元液体推进系统，主发动机采用洛克达因公司研制的RS一21发动机，推进剂为甲基肼和四氧化二氮，推力1335N，发动机可双轴摆动9。，并由12个氮气冷式推进系统进行姿态控制13】。1．2“勇气号”和“机遇号”探测器推进系统火星探测漫游者(MarsExplorationRover，MER)是NASA2003年