嫦娥三号“玉兔”巡视器热控制

根据嫦娥三号"玉兔"巡视器总体构形特点和任务过程中的环境条件,提出了巡视器月昼散热和月夜保温热控设计思路,具体描述了巡视器月昼朝天散热和月夜利用两相流体回路、同位素热源进行设备保温的热控设计方法。经过热平衡试验验证和在轨飞行验证,热控分系统的各项功能和性能均满足总体要求,设备温度均控制在所要求的温度范围内,表明热控设计是合理和可行的。     

用于月球着陆的激光高度计热控设计探讨

文章对落月轨道的外热流进行了分析,比较了几种热控设计方案的优缺点,探讨了热控优化设计的原则,认为在落月轨道上激光设备的热控设计应首选热容热控方案,对于在其他飞行阶段有长期开机需求的情况再考虑散热面方案或热电致冷方案。“嫦娥三号”月面探测器激光高度计采用了热容热控设计,该设备热控设计能够满足不同阶段温度指标要求并且与热分析结果相一致,热控设计方案正确、优化原则合理可行。     

月球探测器外热流与散热能力分析

给出在不同高度和β角的环月圆轨道下,探测器的太阳和月球红外热流密度,并分析了其热流随轨道变化的规律。在嫦娥三号探测器热分析中采用月面月壤热数学模型,计算了着陆月面探测器表面在全月昼不同太阳高度角下的太阳热流和月表红外热流密度。通过对各个表面散热能力的分析总结,得出了背月面和背阳面的两个有效散热面,可为环月和月表探测器热设计提供参考。     

紫外成像光谱仪主动热控系统的设计与实现

为了确保紫外临边成像光谱仪的温度水平和温度梯度满足指标要求,分析了其所处空间环境并结合其光机电的特点,设计了整机的主动热控方案和被动热控方案。首先,总结了成像光谱仪热设计的基本原则,介绍了主动热控方案和被动热控方案。接着,利用最坏情况分析法分析了主动热控系统测温电路的测温精度。然后,根据主动热控方案的要求,对主动热控系统的硬件和热控策略进行了设计和实现。最后,规划了主动热控系统的验证试验,并对主动热控系统进行了试验验证。分析和实验结果表明：主动热控系统的测温精度满足≤±0.5℃的指标要求,主动热控系统能够保证紫外临边光谱仪13℃～18℃以及紫外环形成像仪8℃～18℃的温度水平要求,主动热控方案合理、可行,满足高可靠性的要求。     

有人月球基地构型及构建过程的设想

与传统航天器设计不同,有人月球基地涉及构型与构建、能源、月面移动、资源利用等诸多方面。文章在对国外有人月球基地不同构型对比分析的基础上,提出了我国有人月球基地方案设想,包括刚性舱构型、刚性+柔性舱构型、建造式构型和综合式有人月球基地方案,并进一步提出了有人月球基地构建过程设想,可为我国未来有人月球基地建设提供参考。     

乘波构型的钝化方法及其对性能影响研究

前缘钝化是解决乘波构型飞行器气动热问题的有效方法之一.按照乘波构型的设计特点,对已有的两种钝化方法分别进行了改进.采用CFD方法分析了前缘钝化及不同钝化半径对乘波构型性能的影响,得出了乘波构型气动力和气动热性能参数随钝化半径的变化规律.计算结果表明:在相同的钝化半径下,按改进的Tincher方法钝化后的乘波构型与按改进的Takashima方法钝化后的乘波构型相比:升阻比大、总的表面积小、最大热流密度基本一样,非驻点区乘波构型前缘的热流密度峰值较大.因而按改进的Tincher方法钝化后的乘波构型气动性能明显好于按改进的Takashima方法钝化后的乘波构型,而气动热性能则略差于后者.分析表明:钝化后的乘波构型性能不仅与钝化半径有关,而且受钝化方法的影响也很大.在对高超声速乘波飞行器进行布局设计时,应针对乘波构型的设计特点,采用合适的钝化方法,综合考虑钝化方法和钝化半径对气动力和气动热性能的影响效应,寻找最佳的钝化方案.研究结论可为高超声速乘波飞行器的外形设计提供一定的依据.     

月球坑的温度分布与瞬态热响应特性研究

建立了球状月坑表面热辐射与月壤内一维非稳态导热的耦合传热模型,采用蒙特卡罗法结合控制容积法数值研究了月坑的温度分布与瞬态响应特性。考察了月坑表面与平面月表的热响应差别以及月坑形状因子、月坑所处纬度对月坑表面温度分布的影响。研究结果表明,月坑表面与平面月表的热响应有明显差别,月昼期间坑内的最高温度总是高于同时刻、同纬度的平面月表温度;低纬度、深度较大的月坑内温度分布存在很大的瞬态不均匀性。     

星载大型旋转部件的热平衡试验方法

星载大型旋转部件因其构型复杂和相对星体其他部分转动的特性,给热设计的验证带来诸多难题。文章以“海洋二号”卫星的微波散射计为例,分别采用通过地面试验直接获取在轨预示温度的直接验证方法,以及验证热分析模型、再由热分析模型预示在轨温度的间接验证方法进行热平衡试验。通过对试验结果、热分析结果和在轨飞行结果的对比,验证了这2种试验方法正确、有效。     

降低热变形的卫星有效载荷安装结构优化设计

在整星有限元热变形分析基础上,以有效载荷安装结构热变形最小为目标,对安装结构依次进行拓扑优化及设计敏度分析和尺寸优化。结果表明：通过优化设计,在显著降低该结构热变形的同时大幅减小其质量;拓扑优化给出结构基本构型,尺寸优化进一步细化结构设计方案,二者结合能有效改进结构设计。     

大气激光雷达热控设计与验证

大气激光雷达(ACDL)的构型复杂，周围热环境恶劣，激光器的散热及光学部件的温度控制是主要难点。利用热仿真软件对激光雷达进行了典型工况的热仿真分析，得到各主要部件温度分布情况:激光器底部的温度波动<0.5 ℃;接收望远镜主镜能够控制在20 ℃，温度波动0.1 ℃/轨。同时将热平衡试验结果及在轨飞行数据进行了比对，试验结果能够较好地包络在轨情况，验证了热设计的合理性及试验测试的覆盖性。     

月球无人采样返回探测器一体化热管理方案

针对我国首个月球无人采样返回探测器"嫦娥五号"所面临的散热难题,在调研国外月球采样返回探测器热控方案的基础上,通过论证提出一种"泵驱小型单相流体回路热总线+水升华器"的一体化热管理方案。该方案能够实现"嫦娥五号"着陆器、上升器热量与热沉的综合管理与利用;同时在国内首次将高适应能力主动热控体系结构应用到深空探测航天器中,推动了我国深空探测航天器热控技术的跨越式发展。     

一种综合式载人月球基地总体方案及建造规划设想

构建载人月球基地是实现对月球资源深度开发和利用的重要手段之一,文章提出了刚性舱、刚性＋柔性结构以及建造式等三种典型结构的载人月球基地方案,并对三种典型方案的优缺点进行对比分析,在此基础上提出了一种综合式载人月球基地方案设想,基地内部主体创新性地采用充气式柔性连接的方式,外部主体包括月壤防护层、植物密封舱和应急救生飞船,活动系统包括月球车和月球机器人。围绕该方案并结合文章提出的载人月球基地主要技术指标,并对载人月球基地选址、结构设计和构建、空间辐射防护、热管理、能源、通信与导航、生命保障和应急救生技术等关键技术方案进行了分析,为中国未来建设载人月球基地提供了参考。     

月球穿透器与月震仪组网探测研究

提出了一种利用月球穿透器实现多点月震仪的布设,对着陆点选取、分离与下降过程、载荷配置及穿透器系统等进行了分析与设计。穿透器与环绕器分离后完成制动,下降并侵彻月球浅表,开展科学探测,并实现大尺度的月震仪布设。研究可为我国未来月球地震仪组网和月球基地建立提供参考。     

月球轨道交会任务的远程导引变轨策略研究

对国内外月球轨道交会远程导引段变轨策略的2~5脉冲变轨方案进行了比较分析,在考虑月球轨道交会飞行任务测控资源有限和航天器所带燃料受限等特点的基础上,确定了我国月球轨道交会远程导引段的变轨策略为4脉冲方案;并介绍了在4脉冲基线轨道方案的基础上,进行标称轨道设计和月面上升窗口初步分析的结果。研究结果可为我国月球轨道交会对接任务提供参考。     

月球表面热环境测量技术调研分析

月面热环境探测是我国探月工程中的一项必要工作,具有重要的工程和科学意义。文章从工程角度确定了月面热环境测量的主要物理参数,分析了现阶段我国探月工程中实现月面热环境测量的技术条件和要求;对国内外有关材料热物性测量技术进行了综合调研,了解了国内外关于开展行星表面热环境探测的技术及应用现状;在结合我国航天测量技术的基础上对月面热环境测量所涉及的关键技术进行了分析,并初步勾勒出我国探月工程中月面热环境测量装置的指标、任务和实现方案。     

CHANG'E-2 lunar escape maneuvers to the Sun–Earth L2 libration point mission

This paper addresses lunar escape maneuvers of the first Chinese Sun–Earth L2 libration point mission by the CHANG'E-2 satellite, which is also the world's first satellite to reach the L2 point from a lunar orbit. The lunar escape maneuvers are heavily constrained by the remaining propellant and the condition of telemetry, track and command, among others. First, these constraints are analyzed and summarized to design a target L2 Lissajous orbit and an initial transfer trajectory. Second, the maneuver mathematical models are studied. The multilevel maneuver schemes which consist of phasing maneuvers and a final lunar escape maneuver are designed for actual operations. Based on the scheme analysis and comparison, the 2-maneuver scheme with a 5.3-h-period phasing orbit is ultimately selected. Finally, the mission status based on the scheme is presented and the control operation results are discussed in detail. The methodology in this paper is especially beneficial and applicable to a future multi-mission instance in the deep space exploration.     

月面采样相机的热设计与热分析

月面采样相机安装于月球无人采样返回探测器的机械臂上,其质量小,热耗较大,长期工作在高温环境中,故温度水平成为影响相机能否正常工作的重要因素,须予以分析。文章根据相机工作模式和机械臂的姿态运动特性,构建出适应机械臂运动的热分析模型,提出几种实现相机高温散热的方法,通过对比分析,分别确定了基于OSR涂层和白漆的热控方案,并推演了散热窗口的临界模型,为后续器外设备热设计提供借鉴思路。     

MPT在探月中的应用方案初探

借鉴“东方红3号”卫星的推进系统组成和“SMART-1”探月器的飞行轨道,提出了2种微波等离子体推力器(MPT)应用于月球探测器的推进系统方案(即复合推进方案和统一推进方案),分析计算了MPT用于姿态控制时对推进剂耗量的影响及用于主推进变轨时推进剂耗量和飞行时间的变化,并讨论了MPT的电源系统带来的附加质量。结果表明,在付出一定飞行时间代价的条件下,MPT的引入将大大增加有效载荷质量。     

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。