月球软着陆动力学分析与仿真

以4腿式月球探测器为研究对象,分析了探测器的部件结构与物理属性、月球物理环境等综合因素.在探测器动力学研究中,提出了一种基于结构的分块参数化仿真方法,分析探测器着陆时的受力,建立着陆腿与足垫等关键部件的动力学模型,利用简化探测器结构,综合各部分模型.结合虚拟现实可视化仿真技术,实现月球软着陆过程仿真.通过仿真反映出月面坡度与着陆速度、刚度系数与阻尼系数等初始条件对软着陆效果的影响,验证方法的有效性.该方法已成功应用于登月工程研究.     

基于STK的卫星实时视景仿真系统设计

卫星在轨运行的可视化仿真,能够直观、逼真反映卫星的实时轨道和姿态运动。卫星工具软件包（STK）是进行卫星系统仿真和分析的重要工具,能够满足卫星二维和三维的可视化仿真要求。在深入研究STK/Connect模块的基础上,应用Windows Sockets和多线程编程技术,开发了STK实时视景仿真驱动程序,该程序利用UDP协议接收模拟遥测计算机给出的卫星参数,通过与STK/Connect模块的通信,实时驱动STK的仿真运行,成功实现了卫星在轨运行实时视景仿真的演示效果。     

虚拟现实仿真技术及在飞机装配中的应用

虚拟现实技术应用于仿真系统中,将极大地拓展仿真技术的研究和应用领域,具有广阔的理论及实际意义.利用目前先进的VRML(虚拟现实建模语言)进行三维环境构型的基础上,以Java语言设计仿真器并在三维环境下实时驱动对象进行运动,提出及完成了基于因特网浏览器的虚拟现实仿真技术方案,达到了虚拟现实仿真的基本要求,并以某飞机制造公司的波音737-700尾段的生产过程作为实际应用背景,进行了生产过程的可视化仿真及虚拟现实仿真的实证研究.      

发动机羽流作用下的实时月尘运动仿真

月尘运动是月球探测器软着陆过程中不可或缺的重要环节,针对发动机羽流作用下月尘运动真实感不强和月尘颗粒运动模型过于简单的问题,提出了一种逼真的实时月尘运动仿真方法.通过计算流体动力学(CFD, Computational Fluid Dynamics)和二次谢别德插值(Quadratic Shepard)方法,分析和计算单个月尘颗粒的运动学模型,得到一定初始条件下粒子运动的二维轨迹曲线;通过分析粒子的数量、初始位置、初始速度、生命周期等参数对粒子运动学的影响和变化规律,抽象出月尘系统的粒子集;建立基于月尘粒子集的月尘运动模型.实验结果显示:该运动模型逼真的模拟了发动机羽流作用下月尘腾起、飞溅、弥漫、消散等运动过程,视觉真实感和实时性能良好,对研究真空环境中的月尘运动及月球软着陆等相关领域具有一定的参考意义.目前该方法已应用于北航虚拟现实国家重点实验室月球软着陆仿真系统.     

基于蒙特卡罗法的月球探测器着陆稳定性分析

为了验证月球探测器的软着陆性能,建立了月球探测器着陆过程多体动力学仿真分析模型.由于探测器着陆地点及初始着陆条件的不确定性,采用蒙特卡罗法对探测器的着陆稳定性进行了研究.为了提高蒙特卡罗模拟的效率,采用了基于均值估计相对误差的蒙特卡罗模拟终止准则,从而在保证精度的前提下减少计算成本.通过着陆仿真试验,获得了探测器在给定坡度的月面上着陆时,各着陆性能参数的分布均值、方差及相应的置信区间等统计学结果,并计算了探测器安全着陆的可靠度.     

基于嫦娥一号观测数据的月球形貌可视化技术

通过对月球形貌可视化技术的研究, 分析了利用嫦娥一号获取的月球地形和正射影像数据制作月球形貌图的技术方法. 重点介绍了广泛应用于嫦娥一号数据处理和分析的晕渲地形图制作、月球地形影像假彩色融合和三维形貌场景构建的原理, 并给出了每种方法的应用实例. 这些方法为后续月球探测研究、月球空间信息系统以及``数字月球'的建设奠定了基础.      

月球探测器推进系统展望

正推进系统作为月球探测器的关键分系统,为探测器在轨任务各阶段提供轨道机动的速度增量,为探测器姿态调整提供控制力矩,为月球软着陆时探测器悬停、避障和月球轨道交会对接提供所需的平移推力。推进系统能否正常、可靠地工作,对探测器任务的成败起到至关重要的作用。此外,推进系统性能的优劣决定了探测器     

一种基于星载GPS的月球探测器导航算法

为验证GNSS旁瓣信号对中高轨航天器在轨飞行的导航支持能力,"嫦娥5号"飞行试验器搭载了GPS导航接收机。由于目前使用的星载导航解平稳性不够,为此,根据月球探测器不同飞行段落轨道动力学特性,建立了一种基于星载GPS数据的月球探测器实时导航算法。该算法充分考虑了月球探测器不同段落的动力学特性,基于UKF滤波设计,并引入了自适应策略,以降低滤波参数选取的难度。在分析星载GPS数据特点基础上,月地返回段实测数据的处理结果验证了算法的可行性和有效性。     

月球巡视探测器系统研究

简要回顾月球探测的发展现状,给出月球巡视探测器的概念和主要功能．据此分析和研究系统方案设计、分系统组成、工作状态和工作模式。最后提出月球巡视探测器的关键技术,以期为月球巡视探测器的工程研制提供参考。     

环月探测器自主天文导航系统的可观度分析

文章提出了在环月段以月球—探测器—恒星、月球—探测器—太阳这两个位置面和月心距等观测信息进行滤波的导航方法。通过对几种非线性系统可观性分析方法的比较,在基于误差协方差阵的可观性分析方法基础上,提出了以谱半径定义的可观度分析方法,并证明了定义的可观度指标与系统导航精度的关系,说明其能够定量描述系统可观的程度。最后仿真验证了这种可观度分析方法的可行性。     

新型月地空间运输平台概念设计

随着宇航技术的不断发展,月球探索将成为人类的重要活动,地月之间的旅行将变得越来越频繁.但是,目前探索月球的太空旅行费用相当高昂.提出了一种旨在降低地月往返运输成本的新型空间投射-拦截平台概念.它是空间绳系系统、储能系统和空间站系统概念的有机结合.利用该系统有望将现有空间探索能耗水平降低至少一个数量级.阐述了这种新系统的优势及可能遇到的关键技术问题,并初步分析了新系统的可行性.     

探测器垂直击中月球的轨道设计

本文讨论了探测器从低高度圆形地球停泊轨道入轨点出发、在停泊轨道上滑行一段后、沿速度方向加速进入登月轨道、自由飞行击中月球的轨道设计．在着月的速度、角度、时间、区域、停泊轨道和能量限制等约束下,首先借助二体、双二体理论,不仅提供了轨道初值的近似值,而且说明了轨道的特性．然后利用广义限制性四体动力学模型,进行3点边值搜索,得到高精度的探测器轨道．     

基于多因子综合评估的月球探测软着陆区域及最佳巡航路线分析

选择合适的软着陆区域及规划合理的巡航路线是月球探测的基础工作。以位于月球背面南极—艾肯（South Pole-Aitken,SPA）盆地内的冯·卡门（Von Kármán）撞击坑作为研究区域,综合使用多因子分析评估了月球探测的着陆区域和巡航路线。评价体系主要包括能表征着陆安全性的撞击坑的密度、撞击坑的影响区域、整个区域的平整情况、部分区域的平整情况等因子和体现科学探索意义的区域垂直结构、岩石属性和（FeO+TiO₂）含量等因子,其中科学探索的评估分析是在安全可行性的基础上进行的。结果表明：在多因子叠加分析的基础上可选择出A、B及C 3个着陆区,并通过科学研究因子分析出路线2及路线3为合适的巡航路线。本研究为月球探测器着陆和巡航路线的规划提供了科学依据,为后续的月球探测工作提供了技术支持。     

中国探月工程

"嫦娥4号"于2019年1月3日成功实现人类航天器首次在月球背面软着陆,"玉兔2号"月球车率先在月背刻上了中国足迹。至今,国际月球探测活动共实施126次,期间出现两个探月高潮。20世纪50—70年代,美苏两个航天大国之间的竞争引起第一轮探月高潮。20世纪末至今,各航天国家意识到月球探测的战略意义,纷纷提出月球探测计划并积极实施,月球成为各国争先探测的热点,掀起第二轮探月热潮。中国自2004年首次绕月探测工程立项实施以来,共开展了"嫦娥1号""嫦娥2号""嫦娥3号""嫦娥4号"及再入返回飞行试验共5次月球探测任务,实现"五战五捷",在空间技术、空间科学与应用、国际合作等方面取得了非凡成就,积累了丰富的经验,后续将继续开展以无人月球科研站为主的月球探测活动。     

Preliminary Scientific Results of Chang'E-1 Lunar Orbiter: Based on Payloads Detection Data in the First Phase

Chang'E-1 lunar Orbiter was launched by Long March 3A rocket from Xichang Satel-lite Launch Center at 18:05BT(Beijing Time) Oct.24,2007.It is the first step of its ambitious three-stage moon program,a new milestone in the Chinese space exploration history.The primary science objectives of Chang'E-1 lunar orbiter are to obtain three-Dimension(3D) stereo images of the lunar surface,to analyze the distribution and abundance of elements on the surface,to investigate the thickness of lunar soil,evaluate helium-3 resources and other characteristics,and to detect the space environment around the moon.To achieve the above four mission objectives,eight sets of scientific instruments are chosen as the payloads of the lunar orbiter,including a CCD stereo camera(CCD),a Sagnac-based interferometer spectrometer(ⅡM),a Laser Altimeter(LAM),a Microwave Radiometer(MRM),a Gamma-Ray Spectrometer(GRS),an X-ray spectrometer(XRS),a High-Energy Particle Detector(HPD),and two Solar Wind Ion Detectors(SWID).The detected data of the payloads show that all payloads work well.This paper introduces the status of payloads in the first phase and preliminary scientific results.     

计算机辅助FMECA软件模型

从CAD框架和软件体系结构的角度出发分析、建立计算机辅助FMECA软件模型.首先分析研究了FMECA软件的目标和设计思想,进而重点描述FMECA软件应用OTO-D语义模型建立数据模型和软件框架结构;产品描述关系型数据库模型和可视化形式、上下自动转换的FMECA和信息查询自动化等的实现技术.     

基于层面结构的三维闭合地质区块构造算法

复杂地质体几何模型的建立是油气勘探开发领域的一项重要工作,在介绍目前地质体几何建模方法的同时,分析了表面建模方法与实体建模方法相互之间的融合趋势,提出了一种基于三角网格模型的整体建模过程,并在地质体层面三角网格模型的基础上,提出了一种改进的半边数据结构,给出了一种三维地质体闭合区块结构的构造算法,该算法为进一步的地质体实体模型的建立奠定了基础,并且可应用于地震正演模拟计算,射线追踪和三维地质模型可视化等领域.     

月球着陆器悬停阶段相对自主导航方法

月球着陆器着陆阶段导航信息分析是实现安全软着陆月面的一个关键.针对悬停阶段导航信息的要求,根据月球着陆器携带的仪器设备及其获取月面信息的特点,利用激光测距仪和光学导航相机进行光学相对导航.首先建立相对导航坐标系;其次根据各个坐标系之间的关系确定各转换矩阵和导航信息,估算着陆器相对月面着陆点的位置和姿态;最后通过仿真实验对该方法进行验证.结果表明,将激光测距仪和光学导航相机在着陆悬停阶段获取的月面信息进行融合,能快速、精确进行相对位置、姿态计算;对我国下一步的探月有重要应用价值,并可应用于火星探测和其他小行星探测的软着陆的近距相对导航.