[發明專利]一種基于地球-火星循環軌道的載人火星探測系統及方法

有效

• 申請號: 201410584794.0
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104354877A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 童科偉;高朝輝;唐慶博;吳勝寶;申麟;彭小波;王俊峰;時劍波
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明屬于航天器系統設計領域，尤其屬于載人航天系統領域內關于載人空間及載人火星探測領域，具體涉及一種基于地球-火星循環軌道的載人火星探測系統及方法，可以應用于載人火星以及地球-火星空間的探測任務。

背景技術

國際載人航天事業經歷了“阿波羅”探測任務之后轉入低潮，直到新世紀美國的“重返月球”計劃，重新燃起了各航天大國進行載人星際探測的夢想。

目前人類科技能夠達到或者具備可能性到達的外太空星球主要是月球和火星。研究最深入的是美國DRA5.0(Design?Reference?Architecture?5.0)載人火星探測方案。

傳統的載人火星探測基本方法可以參考美國DRA5.0(Design?Reference?Architecture?5.0)方案，具體過程為：

由多枚Ares-V貨運火箭把兩艘貨運飛行器送入近地軌道，兩艘貨運飛行器分別通過在軌組裝技術組成一個完成的飛行器組合體。在近地軌道停泊的兩艘貨運飛行器分別在適當時機由各自的推進級加速送入地球-火星直接轉移軌道。貨運飛行器不載人，一般沿著近似霍曼轉移軌道運行，以節省推進劑。在飛行約350天后到達火星附近，推進級施加減速脈沖，并利用貨運飛行器自身的氣動減速外形被火星捕獲。此后，貨運飛行器降落到火星表面，開展火星原位資源利用，為下一個周期的載人任務做準備。

在下一個發射窗口(約26個月之后)，由多枚貨運火箭把載人火星探測飛行器的各無人艙段發射送入近地軌道，完成在軌組裝。由一枚載人火箭把運送航天員的載人飛船送入近地軌道，與在近地軌道停泊的載人火星探測飛行器完成交會對接。對接完成，建立組合體后，在適當時機，載人火星探測飛行器加速駛入地球-火星轉移軌道。通常為了適當縮短飛行時間，一般不采用霍曼轉移軌道，而采用飛行時間短一些的快速轉移軌道。

載人火星探測飛行器經過長時間飛行到達火星附近以后，施加減速脈沖，被火星捕獲，航天員乘坐火星下降級降落到預定探測地點。航天員開展在火星表面的預定工作。

幾百天以后，待返回窗口開啟時，航天員進入火星上升級，與在環火軌道停泊的載人探測飛行器交會對接。航天員進入探測器，此后，在適當時機，載人探測飛行器施加加速脈沖進入火星-地球轉移軌道。經過長時間飛行到達地球附近后，航天員進入載人飛船，載人飛船與載人探測飛行器分離，通過軌道機動瞄準再入點，此后通過地球大氣減速降落到地球表面。航天員安全返回地球，完成整個探測任務。

本發明提出的基于地球-火星循環軌道的載人火星探測系統方法，與DRA5.0采用的載人火星探測明顯不同。

此外，專利申請號為CN102730200A的《一種基于月球周期重訪軌道的載人空間與月球探測飛行器系統與從探測方法》提出了基于地月循環軌道完成載人月球探測的方法。與之相似，基于地球-火星循環軌道的載人火星探測系統方法同樣基于循環軌道周期往返于地球與目標星之間的特點來完成目標星的探測任務。但由于地月循環軌道是一種繞地球中心的大橢圓軌道，只能完成月球的探測，無法直接應用于其它星球的探測任務。而地球-火星循環軌道是一種以太陽為中心的橢圓軌道，往返于地球和火星之間，只能用于火星探測任務。

發明內容

本發明解決的技術問題為：克服傳統的火星探測方案一次任務類似美國DRA5.0任務，一次任務單獨發射載人飛行器、貨運飛行器，探測目標單一，可持續性差這些不足，提出一種基于地球-火星循環軌道的載人火星探測系統及方法，能夠通過地球-火星循環軌道空間站定期重訪地球、火星。本發明可以適用于長期、持續、多批次的載人火星探測任務，可以實現對地球、火星空間以及對火星的載人探測任務，同時為地球、火星空間的科學研究提供了一個理想的研究平臺。

本發明解決的技術方案為：一種基于地球-火星循環軌道的載人火星探測系統，其特征在于：包括地球-火星循環軌道空間站(Earth-Mars?Cycler?Orbit?Space?Station)、載人飛行器(Earth-Mars?Manned?Space?Vehicle)、貨運飛行器(Earth-Mars?Cargo?Space?Vehicle)這些空間飛行器；