劉華偉，李偉杰，田百義，丁繼鋒，曾福明，王耀兵，王光遠(yuǎn)

（北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094）

引 言

深空探測(cè)是指通過航天器對(duì)地外天體空間進(jìn)行探測(cè)，主要包括空間資源利用、人類生存空間擴(kuò)展探索、太陽系和宇宙起源與演化探索等。自20世紀(jì)50年代開始，美國和前蘇聯(lián)相繼啟動(dòng)月球探測(cè)計(jì)劃開始，世界各國共計(jì)實(shí)施深空探測(cè)任務(wù)達(dá)240余次，統(tǒng)計(jì)表明其任務(wù)成功率約56%，這足以體現(xiàn)出深空探測(cè)的高風(fēng)險(xiǎn)特性[1-2]。月球和火星探測(cè)是深空探測(cè)的熱點(diǎn)，旨在探測(cè)距離地球相對(duì)較近的兩個(gè)天體的空間環(huán)境、天體物質(zhì)分布，尤其是針對(duì)火星有無生命信息進(jìn)行探測(cè)等。除此之外，關(guān)于其他天體包括太陽、金星、小行星、土星及木星等均有相關(guān)探測(cè)任務(wù)先后實(shí)施。根據(jù)2016年中國航天白皮書規(guī)劃[3]，在當(dāng)前已開展的探月工程以及在研的月球及火星探測(cè)計(jì)劃基礎(chǔ)上，中國將拓展深空探測(cè)領(lǐng)域任務(wù)實(shí)施，包括小行星探測(cè)、火星取樣返回及木星與行星穿越探測(cè)等。關(guān)于深空探測(cè)航天器系統(tǒng)研制的關(guān)鍵技術(shù)，研究認(rèn)為一般包括高效推進(jìn)、智能自主、測(cè)控通信以及新型軌道設(shè)計(jì)等[1-2]。為適應(yīng)深空探測(cè)發(fā)展新需求，國外自2000年以后相繼提出了眾多新型探測(cè)器計(jì)劃，其中部分任務(wù)已經(jīng)成功實(shí)施，其技術(shù)特點(diǎn)突出體現(xiàn)在航天器的模塊化設(shè)計(jì)、為應(yīng)對(duì)復(fù)雜探測(cè)任務(wù)所開發(fā)的在軌組裝與維護(hù)技術(shù)等。

在軌服務(wù)指在通過人、機(jī)器人或兩者協(xié)同完成涉及延長各類航天器壽命、提升執(zhí)行任務(wù)能力的一種操作[4]，是構(gòu)建大型空間系統(tǒng)的亟需手段[5]。實(shí)際上，在軌服務(wù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而在軌組裝與維護(hù)是在軌服務(wù)航天器的主要內(nèi)涵所在，其中對(duì)于航天器的模塊化設(shè)計(jì)則是實(shí)現(xiàn)組裝與維護(hù)的主要技術(shù)手段[6-7]。關(guān)于在軌服務(wù)航天器發(fā)展歷程，國外早在20世紀(jì)60年代就開始，通過Nimbus 衛(wèi)星、MMS（Multi-Mission Spacecraft）平臺(tái)、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、國際空間站、ETS-VII、軌道快車等典型計(jì)劃的成功飛行驗(yàn)證，為在軌服務(wù)航天器系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在軌服務(wù)航天器領(lǐng)域迄今為止共有130 多項(xiàng)相關(guān)航天器項(xiàng)目報(bào)道[8]。其中，在深空探測(cè)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用也不斷得到體現(xiàn)，尤其是基于在軌組裝的復(fù)雜深空探測(cè)器系統(tǒng)和布置于SEL2（Sun-Earth Libration 2，SEL2）軌道的超大型空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)等。值得一提的是，2016年我國發(fā)布的“十三五”規(guī)劃綱要草案將“深空探測(cè)及空間飛行器在軌服務(wù)與維護(hù)系統(tǒng)”作為“科技創(chuàng)新2030——重大項(xiàng)目”6大重大科技項(xiàng)目之一。

本文首先對(duì)國外在深空探測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用航天器在軌組裝與維護(hù)技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行概括總結(jié)，梳理典型的探測(cè)器任務(wù)并進(jìn)行歸類分析，突出介紹相關(guān)任務(wù)的主要技術(shù)特點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)分析基于組裝維護(hù)的深空探測(cè)器系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)體系。同時(shí)，提出一種應(yīng)用在軌組裝技術(shù)的火星多任務(wù)探測(cè)器系統(tǒng)設(shè)想，介紹了探測(cè)器系統(tǒng)的任務(wù)架構(gòu)、基本組成、軌道策略等。最后，針對(duì)國外技術(shù)發(fā)展調(diào)研總結(jié)，以及所提出的火星多任務(wù)探測(cè)器系統(tǒng)設(shè)想進(jìn)行總結(jié)討論，就航天器在軌組裝與維護(hù)技術(shù)在深空探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用提出發(fā)展建議。

1 國外技術(shù)調(diào)研

通過調(diào)研，國外在深空探測(cè)航天器領(lǐng)域有報(bào)道的應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)、在軌組裝與維護(hù)技術(shù)的相關(guān)任務(wù)多達(dá)近30 余項(xiàng)[8]，其中典型項(xiàng)目如表1 所示，對(duì)應(yīng)的深空探測(cè)器系統(tǒng)基本特征見圖1～6?？偟膩碚f，深空探測(cè)器可以劃分為以下4 大類：包括模塊化月球著陸器；模塊化大型深空探測(cè)器；超大型空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)；新型深空探測(cè)器等。上述深空探測(cè)器主要聚焦于月球探測(cè)和火星探測(cè)、應(yīng)用在軌組裝技術(shù)的部署于SEL2 軌道的超大型空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，以及面向火星探測(cè)、地火轉(zhuǎn)移服務(wù)的在軌組裝的大型深空探測(cè)等。

表1 應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)及在軌組裝維護(hù)技術(shù)的國外典型深空探測(cè)器項(xiàng)目［8］Table 1 Typical foreign deep-space probe projects applying modular design and on-orbit assembly and maintenance technology［8］

1.1 模塊化月球著陸器

月球大氣和塵埃環(huán)境探測(cè)器（Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer，LADEE）由美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）抓總研制，于2013年發(fā)射升空，其主要任務(wù)是通過模塊化堆垛式系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成探測(cè)器地面研制，實(shí)現(xiàn)對(duì)月球軌道空間環(huán)境、月面環(huán)境、地月拉格朗日點(diǎn)空間環(huán)境及火星軌道的相關(guān)探測(cè)，系統(tǒng)總質(zhì)量約880 kg[27]。LADEE 采用了埃姆斯研究中心在2006－2008年提出的“模塊化通用航天器平臺(tái)”，這是一種小型的、低成本的航天器平臺(tái)，可攜帶各種有效載荷，平臺(tái)模塊包括以下幾個(gè)子模塊：①散熱器模塊，攜帶電子設(shè)備、電子系統(tǒng)、姿態(tài)敏感器和有效載荷；②平臺(tái)模塊；③有效載荷模塊，攜帶2種有效載荷；④擴(kuò)展模塊，裝有推進(jìn)系統(tǒng)；⑤推進(jìn)模塊，如圖1所示。該模塊化平臺(tái)不僅可用于多種探測(cè)任務(wù)，還可同時(shí)進(jìn)行各部件的研制和組裝。其系統(tǒng)級(jí)組件都來自低成本的、經(jīng)過飛行驗(yàn)證的產(chǎn)品線[28]。應(yīng)用適應(yīng)性調(diào)變與編碼（Adaptive Modulation and Coding，AMC）技術(shù)的模塊化月球著陸器由NASA 的Ames 研究中心提出，旨在通過模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)月表環(huán)境進(jìn)行探測(cè)[10]。航天器模塊化設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)并行研制，尤其是通過地面總裝集成與測(cè)試（Assembly Integrated Test，AIT）等不同階段各模塊獨(dú)立研制與測(cè)試等，縮短了研制周期、降低了研制成本。對(duì)于面向在軌擴(kuò)展及接受服務(wù)功能需求，模塊化設(shè)計(jì)是該類航天器系統(tǒng)的最基本特征。此外，德國宇航中心（Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt，DLR）提出的 ROBEX-ASN-Lander 同樣也應(yīng)用到了模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)[29-31]。

1.2 模塊化大型深空探測(cè)器

模塊化深空探測(cè)器主要是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在軌組裝構(gòu)建和在軌接受服務(wù)。以NASA提出的Notional Mission項(xiàng)目的第5項(xiàng)任務(wù)為例[12]，配置了人機(jī)協(xié)作服務(wù)飛行器、Orion 獵戶座載人飛船以及服務(wù)平臺(tái)等模塊化子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在大橢圓軌道對(duì)口徑為Φ9.2 m 的ATLAST 先進(jìn)技術(shù)大孔徑太空望遠(yuǎn)鏡（Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope，ATLAST）望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)進(jìn)行組裝構(gòu)建，并通過上述模塊化服務(wù)子系統(tǒng)借助人機(jī)協(xié)作對(duì)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)在生命周期內(nèi)實(shí)施了多達(dá)17 次的在軌服務(wù)。為便于在軌服務(wù)任務(wù)實(shí)施，服務(wù)飛行器按計(jì)劃將預(yù)先部署在以EML1為中心的李雅普諾夫軌道。

圖1 月球環(huán)境探測(cè)器LADEE［29］Fig.1 Lunar environment probe LADEE［29］

圖2 應(yīng)用AMC平臺(tái)技術(shù)的模塊化月球著陸器［10］Fig.2 Modular lunar lander applying AMC platform technology［10］

圖3 深空關(guān)口站Gateway［23］Fig.3 Deep air gateway station Gateway［23］

圖4 火星探測(cè)轉(zhuǎn)移飛行器［32］Fig.4 Mars exploration transfer vehicle［32］

1.3 超大型空間望遠(yuǎn)鏡

對(duì)于空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)任務(wù)，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡以其Φ2.4 m 口徑的光學(xué)系統(tǒng)為人類認(rèn)識(shí)宇宙提供了極為豐富的數(shù)據(jù)支撐，其他典型的空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)任務(wù)還包括錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡、斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡、伽馬射線大型空間望遠(yuǎn)鏡、MOST（Microvariability and Oscillations of Stars Telescope）、SOLAR-B 等，同時(shí)還包括在研的口徑為Φ6.5 m 的詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡等。應(yīng)用在軌組裝與維護(hù)技術(shù)，超大型空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)在軌構(gòu)建與空間觀測(cè)任務(wù)實(shí)施將不斷得以推進(jìn)，國外典型的項(xiàng)目包括NNGST（Next Generation Space Telescope）、 MAST （Multi-Application Survivable Tether）、 TMST （Thirty Meter Space Telescope）、MUST（Modular Assembled Space Telescope）、EST（Evolvable Space Telescope）、RAMST（Robotically Assembled， Modular Space Telescope） 等[8]。 以RAMST為例，項(xiàng)目由NASA噴氣推進(jìn)試驗(yàn)室于2016年提出，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)和機(jī)器人在軌組裝技術(shù)，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)口徑可達(dá)到Φ100 m[18]。系統(tǒng)各模塊首先將通過多次運(yùn)載發(fā)射在近地軌道借助機(jī)器人系統(tǒng)完成自主組裝，最后再轉(zhuǎn)移至SEL2 軌道實(shí)施空間探測(cè)任務(wù)。按照方案規(guī)劃，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)將分成264個(gè)子模塊，其中每個(gè)模塊包括19 個(gè)主鏡單元。通過文獻(xiàn)調(diào)研分析，可將模塊化超大型空間望遠(yuǎn)鏡組裝構(gòu)建分為3 大類，包括人機(jī)協(xié)作組裝、機(jī)器人完全自主組裝、借助太陽帆等新型航天器實(shí)現(xiàn)在軌模塊組裝等[6]。

圖5 ATLAST望遠(yuǎn)鏡在軌組裝與維護(hù)［12］Fig.5 On-orbit assembly and maintenance of ATLAST ［12］

圖6 超大型空間望遠(yuǎn)鏡RAMST在軌構(gòu)建［33］Fig.6 On-orbit construction of ultra-large space telescope RAMST［33］

1.4 新型大型深空探測(cè)器

國外自2000年以后相繼提出了多項(xiàng)新型深空探測(cè)器，比較典型的任務(wù)包括深空關(guān)口站Gateway、DTT（Deep Space Transport）火星探測(cè)器、面向火星探測(cè)任務(wù)的轉(zhuǎn)移飛行器，以及地外星體表面探測(cè)設(shè)施的模塊化構(gòu)建和原位資源建造等[8]。以深空關(guān)口站Gateway為例[30]，NASA最早于2002年提出系統(tǒng)方案設(shè)想，近年來又陸續(xù)推出新的系統(tǒng)方案[31]，比如2018年最新提出的基于DTT 系統(tǒng)的新方案等，按計(jì)劃將部署于地月L1 或L2 點(diǎn)，總質(zhì)量將達(dá)到30.5 t。系統(tǒng)主要組成部分包括充氣式載人居住艙、外部配置有3 套對(duì)接接口的氣閘艙、服務(wù)子系統(tǒng)、大型圓形電池陣以及機(jī)器人操作系統(tǒng)等，可作為大型深空探測(cè)器系統(tǒng)和超大型空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)在軌組裝與構(gòu)建，尤其是載人火星探測(cè)等提供關(guān)鍵的在軌支撐服務(wù)平臺(tái)。

1.5 其它

除上述任務(wù)外，國外文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)包括NOW（New World Observer）、SPIRIT、ATLAST（含3種子任務(wù)）等項(xiàng)目盡管不會(huì)通過在軌組裝實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)建，但考慮到長期在軌探測(cè)實(shí)施，系統(tǒng)在方案設(shè)計(jì)時(shí)通過特殊考慮以滿足未來潛在的在軌接受服務(wù)的任務(wù)需求，包括主載荷、易損已壞部件的模塊化設(shè)計(jì)、在軌操控接口配置等[8]。

2 關(guān)鍵技術(shù)要素分析

通過對(duì)國外深空探測(cè)領(lǐng)域基于系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)、在軌組裝維護(hù)的相關(guān)項(xiàng)目的調(diào)研與分析，可以看出，實(shí)施新型深空探測(cè)器系統(tǒng)研制須在以下方面進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

1）系統(tǒng)頂層任務(wù)規(guī)劃

主要包括系統(tǒng)探測(cè)目標(biāo)確立、主載荷配置、探測(cè)器系統(tǒng)規(guī)模、組裝策略等。對(duì)于在軌組裝系統(tǒng)，尤其須關(guān)注組裝軌道選定以及構(gòu)建完成后至探測(cè)任務(wù)最終實(shí)施前的轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)。對(duì)于系統(tǒng)接受在軌服務(wù)，還需考慮服務(wù)飛行器系統(tǒng)配置，以及在軌任務(wù)期間的具體服務(wù)實(shí)施策略等。

2）系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)

系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)除可實(shí)現(xiàn)在軌組裝與接受在軌服務(wù)等諸多優(yōu)點(diǎn)之外，其低成本設(shè)計(jì)須重點(diǎn)關(guān)注。這是因?yàn)槟K化設(shè)計(jì)無論是在結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)等支撐系統(tǒng)，還是在載荷、信息與能源等相關(guān)系統(tǒng)拆分與模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)等方面，均將帶來大量的成本增加。

3）機(jī)器人在軌操控技術(shù)

國外在軌服務(wù)航天器領(lǐng)域多達(dá)百余項(xiàng)的任務(wù)報(bào)道中，僅國際空間站組裝構(gòu)建、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在軌5次服務(wù)最為成功，其中的模塊組裝與更換等具體任務(wù)實(shí)施則是完全依賴于航天員在軌操作。因此可以看出，機(jī)器人在軌操控技術(shù)仍將是未來包括深空探測(cè)在內(nèi)的新型航天技術(shù)發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸。

4）地面模擬驗(yàn)證

對(duì)于常規(guī)尺寸的探測(cè)器，地面模擬驗(yàn)證技術(shù)已較為成熟，但對(duì)于大尺寸探測(cè)器系統(tǒng)尤其是超大型空間望遠(yuǎn)鏡等典型系統(tǒng)的地面模擬驗(yàn)證，包括組裝操控驗(yàn)證、載荷性能檢測(cè)、整個(gè)探測(cè)器系統(tǒng)的性能驗(yàn)證等，將是未來新型深空探測(cè)器發(fā)展需要突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3 火星多任務(wù)探測(cè)器設(shè)想

3.1 系統(tǒng)概況

火星多任務(wù)探測(cè)器系統(tǒng)如圖7所示，利用機(jī)器人在軌組裝技術(shù)，通過低成本運(yùn)載火箭將不同功能模塊發(fā)射至近地軌道完成整個(gè)探測(cè)器系統(tǒng)在軌組裝，組裝后系統(tǒng)質(zhì)量達(dá)到10 t級(jí)。

圖7 火星多任務(wù)探測(cè)器系統(tǒng)設(shè)想（在軌組裝后狀態(tài)）Fig.7 Mars multi-mission probe system scenario（post-orbital assembly status）

3.2 任務(wù)架構(gòu)

探測(cè)器飛行程序如圖8所示，按照系統(tǒng)各功能模塊劃分或根據(jù)運(yùn)載狀態(tài)進(jìn)行模塊組合，通過運(yùn)載火箭逐次發(fā)射至近地軌道并完成在軌自主組裝。經(jīng)過地球逃逸、地火轉(zhuǎn)移和火星捕獲3個(gè)階段飛行，探測(cè)器系統(tǒng)經(jīng)過近400 d 到達(dá)環(huán)火橢圓軌道。按照預(yù)定飛行程序，在到達(dá)近火點(diǎn)前擇機(jī)完成系統(tǒng)分離。分離后將進(jìn)入3類子探測(cè)器任務(wù)模式，分別包括M1-主體探測(cè)器模式、M2-進(jìn)入器模式、M3-分布式環(huán)火小型探測(cè)器模式。3類任務(wù)模式相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)火星軌道不同高度范圍的空間環(huán)境、火星大氣及火星表面的綜合探測(cè)目標(biāo)。需要指出的是，由于探測(cè)器系統(tǒng)配置有可移動(dòng)智能機(jī)器人，同時(shí)在多功能擴(kuò)展構(gòu)架模塊上配置了多個(gè)設(shè)備在軌可更換ORU 模塊，因此可根據(jù)任務(wù)需要實(shí)現(xiàn)自主在軌維護(hù)。

圖8 火星多任務(wù)探測(cè)器飛行程序示意Fig.8 Flight program of Mars multi-mission explorer

3.3 推進(jìn)系統(tǒng)選型及軌道策略

關(guān)于火星多任務(wù)探測(cè)器系統(tǒng)的推進(jìn)系統(tǒng)選型以及軌道設(shè)計(jì)，以10 t系統(tǒng)為例，通過對(duì)比分析應(yīng)用純化學(xué)推進(jìn)、電推進(jìn)、化推與電推組合式，可以看出同樣在500 km 地球軌道完成逃逸時(shí)間以及推進(jìn)劑占比有較大差異——3 類推進(jìn)系統(tǒng)質(zhì)量占比分別為69.90%、13.23%、63.29%。分析表明，若采用比沖為5 000 s的300 kW 電推力器，逃逸地球需推力器工作長達(dá)75 d，在此狀態(tài)下，從500 km 近地軌道（Low Earth Orbit，LEO）軌道逃逸，至被火星捕獲并到達(dá)目標(biāo)環(huán)火軌道，總的飛行時(shí)間約406 d，總的燃料消耗占比29.46%。

圖9 10 t 級(jí)火星多任務(wù)探測(cè)器應(yīng)用不同推進(jìn)系統(tǒng)完成地球逃逸的軌道策略對(duì)比Fig.9 Comparison of orbital strategies for earth escape with different propulsion systems for the 10 t Mars multi-mission probe

為縮短探測(cè)器逃逸時(shí)間和減小推進(jìn)劑消耗，可以通過增大推力器功率，從而增大發(fā)動(dòng)機(jī)推力和比沖實(shí)現(xiàn)。例如，采用比沖為8 000 s 的10 MW 推力器，地球逃逸時(shí)間可縮短為僅40 天，燃料消耗占比減小至8.82%。因此，為實(shí)現(xiàn)長周期、火星多任務(wù)探測(cè)，采用小推力的電推進(jìn)系統(tǒng)為首選方案，而系統(tǒng)相應(yīng)所需配置的大面積電池陣系統(tǒng)則可通過在軌組裝予以實(shí)現(xiàn)，這與國外最新提出的大型火星探測(cè)系統(tǒng)的推進(jìn)方案設(shè)想一致[33,35-36]。

3.4 系統(tǒng)特點(diǎn)分析

對(duì)于火星多任務(wù)探測(cè)器系統(tǒng)，其相比于傳統(tǒng)深空探測(cè)器有如下突出特點(diǎn)，包括通過多次運(yùn)載發(fā)射、系統(tǒng)包含多個(gè)任務(wù)模塊、由于采用高功率的電推進(jìn)系統(tǒng)導(dǎo)致系統(tǒng)配置超大面積電池陣、多個(gè)可獨(dú)立飛行的子探測(cè)器、系統(tǒng)通過在軌組裝實(shí)現(xiàn)組合體構(gòu)建、系統(tǒng)配置有可移動(dòng)智能機(jī)器人、系統(tǒng)可在軌實(shí)施自主維護(hù)等；另一方面，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上述功能及探測(cè)任務(wù)目標(biāo)，除深空探測(cè)器所需的基本技術(shù)如遠(yuǎn)距離測(cè)控通信以及在軌組裝所優(yōu)選的低成本運(yùn)載系統(tǒng)以外，火星多任務(wù)探測(cè)器系統(tǒng)需要在多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，主要包括模塊化航天器系統(tǒng)、智能操控機(jī)器人、先進(jìn)電推進(jìn)系統(tǒng)、相對(duì)導(dǎo)航與在軌完全自主交會(huì)對(duì)接、超大型系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制等。

4 結(jié)論及建議

本文首先調(diào)研回顧了國外深空探測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)、在軌組裝維護(hù)的技術(shù)進(jìn)展，對(duì)典型深空探測(cè)器系統(tǒng)狀態(tài)及技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了概括介紹，分析了發(fā)展基于在軌組裝維護(hù)的模塊化深空探測(cè)器的關(guān)鍵技術(shù)要素，并提出了一種火星多任務(wù)探測(cè)器系統(tǒng)設(shè)想，介紹了系統(tǒng)基本組成、任務(wù)架構(gòu)及軌道策略等。通過分析研究，有以下結(jié)論及建議。

1）國外在應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)、在軌組裝維護(hù)的深空探測(cè)器領(lǐng)域已有較好的技術(shù)基礎(chǔ)，通過具體分析研究，可為我國開拓深空探測(cè)新任務(wù)提供參考。

2）發(fā)展基于在軌組裝維護(hù)的模塊化深空探測(cè)器，需要重點(diǎn)在系統(tǒng)頂層任務(wù)規(guī)劃、系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)、機(jī)器人在軌操控技術(shù)與地面模擬驗(yàn)證等方面實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

3）提出的火星多任務(wù)探測(cè)器系統(tǒng)初步方案表明，利用系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)、在軌組裝與維護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)火星軌道空間、火星表面的長期、多任務(wù)探測(cè)。應(yīng)用不同推進(jìn)系統(tǒng)的軌道策略分析顯示，對(duì)于未來大型復(fù)雜深空探測(cè)器系統(tǒng)，在入軌周期允許條件下，電推進(jìn)為優(yōu)選推進(jìn)方案。

4）發(fā)展大型復(fù)雜深空探測(cè)器系統(tǒng)涉及多項(xiàng)技術(shù)瓶頸，國內(nèi)應(yīng)加大力度，聯(lián)合科研院所及高校甚至國外科研單位的優(yōu)勢(shì)力量，協(xié)同攻關(guān)，盡早制定發(fā)展規(guī)劃并開展先期關(guān)鍵技術(shù)研究。