火星探测中进入弹道与大气模型重建

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1、航天返回与遥感第34卷第2期8SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2013年4月火星探测中进入弹道与大气模型重建王文强(北京空间机电研究所，北京100094)摘要火星探测进入段气动参数以及大气参数的实时获取对于进入过程状态确定以及大气模型重建有着至关重要的作用。在尚未掌握基本准确的火星大气数据的条件下开展火星探测，首先有必要利用机载设备在进入过程中实时获取进入舱的各种气动参数，从而重建准确的进入弹道：另外，在探测中测得大气密度以及风场随高度的变化情况，有助于建立火星大气参数模型，为以后的火星探测任务提供依据。文章以“火星科学实验室”为研究对象，详细介

2、绍了表面压力分布模型的建立过程，最后建立了迭代的拓展卡尔曼滤波方程，用于气动参数与大气密度以及风场的实时估计。关键词参数估计卡尔曼滤波模型重建火星探测中图分类号：V423．6文献标志码：A文章编号：1009—8518(2013)02—0008—08DOI：10．3969／j．issn．1009—8518．2013．02．002AtmosphericEntryTrajectoryandAtmosphereModelReconstructioninMarsExplorationWANGWenqiang(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electri

3、city，Beijing100094，China)AbstractAcquisitionofaerody‘namicandatmosphericparametersinapproachingperiodofMarsexplo-rationplaysacriticalroleinstateestimateandatmospheremodelreconstruction．BeforeowningapproximatelyaccurateMartianatmospheremodel，itisnecessarytoobtainaerodynamicparametersindescent

4、periodofMarsexplorationtoreconstructapproachingtrajectory．Thenbyusingtheatmosphericdensityandwindspeedcal—culatedfromtheaerodynamicparameters，itispossibletobuildtheMartianatmospheremodelwhichcanbeusedinthefuturemissionofMars．ByusingtheMarsScienceLaboratoryasanexample，theprocessofaero—dynamic

5、andatmosphericparametersestimateispresentedindetails，andKalmanFilterequationsarebuiltinthefinalpartofthisarticle．Keywordsvariablesestimate；KalmanFilter；modelreconstruction；Marsexploration引言作为深空探测的主要内容之一，火星探测是一个国家航天科技实力的集中体现[11。从美国和俄罗斯／苏联几十年的火星探测任务中可以发现，实现软着陆探测是获取火星相关资料的主要的探测方式和目标。而要开展火星表面软着陆

6、探测，首先需要获取任务设计所必须的大气密度、风速随高度的变化曲线，建立初步的火星表面大气模型[21。收稿日期：2012．12-21第2期王文强：火星探测中进入弹道与大气模型重建9目前，我国对火星大气的了解几乎完全基于国外公开发表的相关文献资料。考虑到文献来源的可靠性以及火星大气参数的不稳定性，通过火星探测获取数据建立火星大气模型是我国开展进一步火星探测的必要步骤。另一方面，由于火星着陆任务中探测器飞行时间较长，同时再考虑到火星大气的不确定性等因素，实际着陆弹道将严重偏离标准弹道。因此记录着陆过程的气动参数并重建进人弹道是对火星探测器进行任务分析和性能评估的重要措施，同时也为后续

7、探测器任务设计提供参考依据。本文以“火星科学实验室”(MarsScienceLaboratory,MSL)为研究对象，讨论了火星探测中大气模型以及进入弹道的重建方法，为我国未来将要开展的火星探测以及建立火星大气模型提供依据。2MSL数据获取系统介绍为了测量进入舱在进入火星大气时的大气环境和热环境，MSL进入舱安装了1套火星进入减速着陆仪器系统(MarsEntry,Descent，andLandingInstrumentation，MEDLI)13卅，如图1所示，图中不同颜色代表预估的防热罩表