定时定点月面着陆全程轨道控制设计

针对定时定点月面着陆的目标要求，提出了全程轨道控制设计方法。进行了包括地月转移、近月制动、环月降轨和动力下降的全程轨道控制的分段设计和联合规划，实现在入轨轨道偏差条件下的定时定点月面着陆。分别构建了中途修正、近月制动、环月降轨三段轨道控制的规划变量和目标参数；根据轨道倾角建立了动力下降点与着陆点的匹配转换关系。设计了中途修正、近月制动、环月降轨、动力下降的全程轨道控制策略的联合规划。建立了着陆位置偏差与轨道倾角偏差、着陆时间偏差与轨道半长轴偏差的修正关系，修正设计了中途修正目标倾角和近月制动目标半长轴。仿真算例表明，在入轨偏差轨道条件下，保证了中途修正后的飞行轨道与标称轨道基本一致，实现了与标称状态基本一致的定时定点月面着陆。可应用于月球着陆、月球采样返回以及载人登月等实施月面定时定点着陆任务的轨道设计和控制实施。     

面向载人月球探测的月面环境模拟试验关键技术分析

文章针对未来有人参与的月球探测任务,首先开展了月球表面环境地面模拟试验验证需求分析,归纳总结了国内外技术发展现状。然后,提出并分析了载人月球探测地面模拟试验需重点研究的关键技术:真空热环境下月面移动式多体低重力模拟技术;复杂月面环境高精度热流模拟技术;大容量布尘条件下超高真空获得与保持技术;月面辐射与月尘环境模拟技术;月尘防护效能量化评估技术;月面综合环境试验验证技术等。最后,给出了面向载人月球探测的月面环境模拟试验技术研究总体方案,并对月面环境模拟试验技术的发展目标进行了展望。     

载人月面着陆地形障碍探测与规避方案研究

月面地形障碍是影响载人着陆安全的关键因素之一,可能引起着陆器倾斜、结构损坏甚至倾覆。载人月面着陆除在总体任务规划时要选取平坦安全的着陆区外,还要进行实时在线的地形探测和障碍规避。文章对“阿波罗”计划和“星座”计划中的月面着陆飞行方案和飞行器进行调研,分析了载人月面着陆避障的任务要求和技术特点;结合着陆飞行任务,提出考虑避障的飞行方案,分为高速运动中的粗避障和接近悬停后的精避障两个阶段;考虑月面着陆飞行状态以及光照、月尘等外部环境,设计载人月面着陆时由激光高度计、多普勒激光雷达以及闪光激光雷达组成避障敏感器系统;提出载人避障机动方案,采用接近段中制导目标调整、机动段六自由度控制以及缓速下降段滚动姿态机动等方法,并引入了航天员目测以检查月面地形障碍、选择月面着陆点以及手控进行终端避障机动控制。     

载人月面着陆及起飞技术初步研究

载人登月任务中最具特色的就是载人月面着陆及起飞过程,其技术体系丰富,是影响载人登月任务成败的关键环节。文章详细分析了载人月面着陆及起飞阶段的飞行方案,阐述了载人任务与无人任务设计准则上的区别,剖析了载人月面着陆及起飞技术的内涵。此外重点分析了低温推进剂蒸发量控制技术、10∶1深度变推力液体发动机技术、发动机推力矢量控制技术、大承载着陆缓冲技术、发动机羽流导流与防护技术、月尘清除及防护技术等六项与载人登月舱推进系统和结构系统相关的关键技术,分析提出了相应的技术途径和解决方案,对深入认识载人登月飞行器系统的技术体系及技术难度具有重要意义。     

月面定点着陆变轨策略研究

在调研已有文献经验的基础上,考虑我国开展月球探测任务中实现月面定点着陆的设计约束的特殊性,对圈次调整、调相和轨道面调整等不同定点着陆变轨策略进行了比较分析,结果表明:月球探测任务中月面定点着陆的轨道设计需要考虑两个关键因素,即采用一个2对2的瞄准机动来达到理想的动力下降起始点高度和着陆点纬度,另外,还需要实施轨道平面调整机动来取得理想的着陆点经度,这个机动可以和近月制动或降轨变轨结合起来实施。     

地月空间发展的若干工程与技术问题

针对地月空间发展的关键工程与技术问题，从地月空间运输、月球和小天体资源、月面机器人、地月空间经济圈等角度开展了研究。地月空间运输分为天地往返、地月转移和月面升降等阶段，需要根据不同阶段的环境特征发展不同的飞行器、运输方式和重复使用方案，并考虑地球空间站与载人月球探测的一体化设计。地球静止轨道是理想的地月空间工业园区，月球空间的真空、低重力、低温以及充足太阳能等条件为发展磁悬浮、太空电梯、天钩等电气化运输提供了便利；面对严酷的月面环境和稀缺的人力资源，月面机器人将发挥先导性和主力军作用，用于基础设施建设、航天员陪伴与辅助、人机协作等。地月空间发展不仅仅是载人登月，而是以建立地月空间经济圈为目标，促使国家利益从地面、海洋延伸至地月空间，推动太空产业从围绕地球向围绕地月空间发展，加速人类社会由地球文明向太阳系文明迈进。     

月面软着陆探测器地面力学试验方法研究

月面软着陆探测器的主要任务是携带有效载荷实现在月球表面的安全着陆,其经历的主要过程包括发射段、地月转移段、近月制动段、环月段、着陆段和月面工作段。软着陆探测器面临的月球环境比近地轨道卫星复杂得多。为提高软着陆探测器系统的可靠性,必须进行充分的地面试验,验证软着陆探测器的设计合理性。文章分析了月球软着陆探测器在各飞行过程中面临的力学环境,分析了力学环境对探测器系统的影响及作用效果,提出软着陆探测器需完成的地面力学试验项目,设计相应的试验方法,并给出确定试验量级的基本原则。     

月球着陆探测器任务分析研究

介绍月球着陆探测的任务特点,针对飞行过程、着陆过程、月夜生存、月面工作、月面特殊环境及其影响,以及着陆稳定性影响因素和地面试验验证等进行需求分析,可为月球探测器的设计提供参考和借鉴。     

月球轨道目标表面月球红外辐射热流精细计算方法研究

基于月球表面对月球轨道目标表面红外辐射热流的积分计算公式,结合坐标转换和向量运算,采用离散化处理,提出了月球轨道目标表面月球红外辐射精细计算方法。采用均匀模拟法选取月面微元,分析月表红外热流的特点,考虑目标面元空间几何关系和轨道参数,该算法可获得较高的计算精度,较真实地模拟月球红外热流,且有通用性,适于任意星体、任意轨道、任意几何形状目标的星体红外辐射热流的计算。计算结果分析表明,月球红外辐射与地球红外辐射有较大的差异,热控设计时需充分考虑。     

载人登月飞行方案研究

根据载人登月任务有无地球轨道和月球轨道交会对接,将登月途径分为地球轨道交会-月球轨道交会、地球轨道交会-直接返回、地球轨道不交会-月球轨道交会,以及地球轨道不交会-月球轨道不交会四类,并对各自可能的演变登月方式进行了分析。对载人登月的质量规模及运载火箭需求进行了分析,讨论并比较了一次发射、基于环月轨道交会组装和基于近地轨道交会组装方案的时间窗口和登月方案,并给出了建议。研究可为我国载人登月任务方案选取提供参考。     

月球探测器软着陆机构

综述了月球探测器软着陆机构的应用与发展现状。介绍了软着陆机构的性能要求和组成,并根据着陆腿结构和缓冲器种类对软着陆机构进行了分类。讨论了着陆器主体设计、着陆腿结构和缓冲器的模块化设计。阐述了着陆器发射、在轨飞行、着陆和着陆后阶段的动力学研究内容。分析了缓冲器设计、着陆机构基本构型设计,以及缓冲器与基本构型主要参数配置等关键技术,对月球探测器软着陆机构设计有一定的参考意义。     

搭建地月鹊桥的嫦娥四号中继星（英文）

The far side of the moon is a unique place for some scientific investigations. Chang'e 4 is a Chinese lunar far side landing exploration mission. Relay communication satellite, named as Queqiao, is an important and innovative part of Chang'e 4 mission. It can provide relay communication to the lander and the rover operating on the lunar far side to maintain their contacts with Earth. It was launched by LM-4 C launch vehicle at the Xichang Satellite Launch Center on May 21, 2018. After five precise orbit controls and a journey of more than 20 days, Queqiao inserted into final halo mission orbit around Earth-moon libration point 2, located about 65,000 km beyond the moon. It is the world's first communication satellite operating in that orbit. Up to now, Queqiao worked very well and provided reliable, continuous communication relay service for the lander and the rover to ensure the mission success of Chang'e 4 exploration mission. Via Queqiao, the lander and the rover were controlled to work by ground stations and obtained a great amount of scientific data. The mission overview, operation orbit selection, relay communication system design and flight profile were introduced in this article.     

ADAMS用户子程序在软着陆动力学仿真中的应用

软着陆是实施月球表面探测的一项关键技术,为得到月球着陆器的着陆性能,采用ADAMS软件进行动力学仿真。由于着陆器缓冲装置中常采用铝蜂窝结构,且它具有独特的力学特性,仿真时采用了用户子程序,通过在“阿波罗”试验模型中加载子程序实现了系统仿真。最后将仿真结果和相关数据比较,验证了该子程序和建模方法的正确性。     

月球探测器着陆冲击试验及关键技术研究

中国正在开展月球探测活动,下一步将发射月球着陆器并实现月面软着陆。为确保着陆器在月面着陆时的稳定性和可靠性,发射前需在地球表面进行着陆冲击试验。对会影响月球着陆器着陆性能的月貌和月壤进行了详细的叙述,以便在试验过程中进行相应环境特征的模拟。用图表详尽阐述了三种月球重力场模拟器的原理和装置,并对各自的优缺点进行了评述。根据试验模型的不同,将月球着陆器着陆冲击试验分为原尺寸试验（模拟的月球重力场下）和1/6模型试验（地球重力场下）两类,分别介绍了两类模型的结构以及试验模型与着陆器原型机之间缩放关系。分别给出了原尺寸试验和1/6模型试验的试验平台和试验步骤,以及初始试验参数的给定方法。根据试验研究的需要以及月球探测器在月球表面着陆时的真实情况,给出了在地球上进行着陆模式模拟的方法。研究表明两种试验结果之间有良好的一致性,但是这两种试验的花费很高,且对试验场地有较高的要求。再者,由于在试验中对月壤没有太好的模拟方法,试验数据与真实着陆时数据存在一定差异。     

γ源辐射角度对光子高度计性能的影响分析

为了研究分析月球环境下γ光子高度计源辐射角度对其性能的影响,文章建立了月球着陆器简化模型,利用基于蒙特卡罗方法的粒子输运程序（MCNP）软件仿真计算了接收处理器捕获的光子计数随γ源辐射角度的变化规律。仿真结果表明：辐射角度小于一定值时,光子计数随着辐射角度的增大近似呈线性增长;当γ源辐射角度增大到一定值时,光子计数基本不再有变化。文章的分析方法和结果可以为合理确定γ光子高度计源辐射角度提供设计参考。     

月尘对热控系统的退化影响

月尘对热控系统的退化影响直接威胁到探测器在月面的生存,是探测器热控系统设计时所必须考虑的技术重点和难点之一。随着我国探月工程的深入,急需开展月尘对热控系统影响程度的研究,文章在调研的基础上,阐述了目前国内外在月尘的特性、危害性和防护方面的研究现状,并探讨了针对月面探测器设计上的一些可行的防尘措施。     

登月飞行器软着陆的非线性最优控制

主要考虑登月飞行器软着陆控制的问题。制导律和控制器的设计分两步完成。首先，利用一个微分同胚变换和一个非线性输入补偿，可以将登月飞行器的非线性动态模型转换成一个线性系统。然后利用经典最优控制理论中的由拉方程，标准最优制导律的解析解既可给出。第二步，利用日。控制理论，我们设计了一个最优反馈控制器保证了实际系统可以鲁棒渐进追踪最优标准轨道。最后通过仿真，可以看出飞行器实现了软着陆控制，着月速度小于给定值，说明方法的可行性和有效性。     

鹊桥中继通信卫星在轨运行一年（英文）

Queqiao relay communications satellite was developed to provide relay communications services for the lander and the rover on the far side of the moon. From entering into its halo mission orbit around the Earth-moon libration point 2 on June 14, 2018, it has operated on orbit more than fifteen months. It worked very well and provided reliable, continuous relay communications services for the lander and the rover to accomplish the goals of Chang'e 4 lunar far side soft landing and patrol exploration mission. The on-orbit operation status of Queqiao relay communications satellite is summarized in this paper.     

利用着陆器立体视觉对月面巡视探测器定位

在月面巡视探测器漫游过程中,需要测量月面巡视探测器的位置和姿态信息,以使巡视探测器行驶在规划好的路径上,并确保其安全。定位系统可以采取多种方式。在文章中,利用着陆器立体视觉系统对月面巡视探测器定位方法进行了研究,它采用立体视觉测量技术以及彩色图像分割的方法,进行跟踪测量月面巡视探测器位姿信息,能够对惯导系统加里程计的定位方法进行修正,减小月面巡视探测器的计算工作量。在定位方法的研究中,采用彩色图像分割方法对月面巡视探测器进行识别,能够适应变光照条件,并且运算速度快,达到实时图像伺服控制的目的。通过月面巡视探测器上制作特征点及采用基于四边形约束的特征点匹配方法,提高了图像匹配概率。通过卡尔曼滤波技术,能够满足任意时刻的月面巡视探测器定位要求。