嫦娥探测器轨道测定中的科学与技术问题

嫦娥探测器轨道测定技术既是成功完成工程任务的基础,也对月球科学研究起着重要作用。嫦娥探测器的轨道测定与地球航天器的轨道测定有诸多不同之处,本文介绍了绕月球探测与绕地球探测在测定轨技术方面的差异,并介绍了基于"嫦娥一号"、"嫦娥二号"月球探测器建立月面地形以及月球重力场模型的研究进展,最后分析了"嫦娥二号"平动点飞行试验以及小行星探测试验的测定轨能力。这些技术不仅在月球探测工程中起到关键作用,对我国后续深空探测也有很好的借鉴意义。     

月球巡视探测器自主定向算法研究

月球巡视探测器自主导航是其能在月面执行探测任务的关键,而定向又是月球巡视探测器自主导航的一个重要组成部分,其定向精度将直接影响到月球巡视探测器定位性能。将CCD(ChargeCoupleDevice)太阳敏感器应用到月球巡视探测器上,用太阳敏感器测量太阳位置矢量,结合加速度计测量的重力矢量,利用QUEST算法推算了月球巡视探测器的姿态和航向,为月球巡视探测器构建了一套适用于长时间、长距离导航的绝对定向方案,通过理论分析和实际推算描述了该定向方案的具体实现过程,最后以仿真结果验证了该方案的可行性,为下一步月球巡视探测器定位研究提供了技术参考。     

基于粒子群优化的月球捕获制动方法研究

在给定燃料下,探测器被月球引力捕获并精准进入绕月轨道是月球探测任务中需要考虑的重要问题之一。针对固定推力制动策略,以最终绕月轨道偏心率以及最终绕月轨道近心点高度为约束,以燃料消耗为性能指标,使用粒子群算法进行月球捕获过程的轨道优化,仿真整个捕获制动过程。结果表明,在粒子群优化算法框架下,使用固定推力方向制动策略进行捕获制动,得到的捕获轨道能够很好的满足所有终端状态约束,并且能够优化燃耗。此外,采用的固定推力方向制动策略易于实现,对控制系统要求较低。将粒子群优化算法应用到固定推力方向捕获制动策略中,可避免复杂的方程分析,整个系统简单有效,具有一定的工程实用性,可为我国月球探测轨道设计提供参考。     

奔月之路

要使绕月探测卫星进入月球轨道,其速度应该达到多少呢?有人可能认为应达到11.2千米/秒的第二宇宙速度,实际上只要使初始速度大于10.6千米/秒(近地点600千米),绕月探测卫星就可飞向月球。这是由于月球本身处在地球引力范围内,当绕月探测卫星的飞行轨道在离月球6.6万千米之外时,主要受地球引力作用,是相对地球的椭圆轨道;在离月球6.6万千米之内以后,主要受月球引力作用,是相对于月球的双曲线轨道。     

基于MBSE的月球科研站任务分析

月球探测在完成“绕落回”三步走后，从单点短期探测向建设月面基础设施的月球科研站长期探测转变，给月球探测任务的规划论证、总体设计、系统研制和在轨探测等提出了更高要求。本文采用基于模型的系统工程（MBSE）思想，提出适宜的基于模型的月球科研站系统分析正向流程，以系统模型作为载体依次深入剖析任务总体、任务使命需求和任务应用场景。通过开展基于模型的月球科研站任务分析，初步实现了月球科研站任务分析过程正向化、设计要素定义全量化、设计要素之间的关联表达显性化、月球科研站工程总体单位下发的研制要求有源化。     

月球卫星精密定轨

随着空间应用需求的日益增大,深空探测已成为现实,而月球显然是人类走向深空的首选目标。发射月球探测器通常分3个阶段,其运动状态分别对应3种不同类型的轨道:近地停泊轨道、地月转移轨道和绕月轨道。月球是1个慢自转天体且无大气,就轨道解而言这些因素导致环月卫星的运动与地球卫星有所差别。本文针对月球探测任务的特点,从月球与地球的差别入手,在仔细分析月球卫星的受力状况前提下,着重阐述月球探测器在环月段精密定轨的方法原理和具体实现过程。     

印度加入探月俱乐部

10月22日，印度首个月球探测器“月船”-1发射成功，这使得印度成亚洲第三个、世界第五个开展探月工程的国家。印度探月工程负责人表示，印度的月球探测器将对月表的岩层和固态水进行研究分析，以期揭示月球的起源问题。     

载人月球探测轨道设计的挑战与技术发展趋势

轨道设计是载人月球探测工程中的一个重要问题,直接影响工程实施的效果、甚至成败。本文概述了载人月球探测工程中涉及的飞行轨道,指出了轨道设计所面临的三方面挑战,即飞行轨道方案、轨道设计效率、任务全局最优化的挑战;简要介绍了国内外载人月球探测轨道设计的研究进展;提出了当前载人月球探测轨道设计需要重点突破的几个关键技术问题,包括一体化轨道设计与优化、应急任务轨道设计、地月空间任务高鲁棒性轨道设计、月球轨道空间站的轨道设计和地月空间轨道通用设计软件等问题。     

椭圆三体问题下月球L2低能逃逸轨道设计

针对圆形限制性三体问题下求解月球探测器逃逸轨道时,不能充分利用月球椭圆公转动力学特性节约逃逸能量的问题,对动力学模型进行拓展,在椭圆三体问题下建立月球探测器轨道动力学方程与能量表达式。首先通过理论推导,求解了探测器逃逸所需的发射能量与逃逸过程中的轨道能量随月地椭圆相对运动状态的数学表达式,对其进行分析发现,同一环月轨道上出发的逃逸探测器所需发射能量与地月距离呈正相关,而逃逸过程中探测器轨道能量变化与地月相向运动速度呈正相关,从而得出在月球接近其近地点过程中发射逃逸探测器可以最大限度节约发射能量的结论。在此基础上,引入庞加莱截面法设计探测器最低能量逃逸轨道。通过寻找使逃逸轨道所在不变流形的庞加莱截面收缩为一点的发射位置与能量,求解不同地月相位下的逃逸轨道能量需求,进而迭代求解能量最优逃逸轨道。最终,通过对比仿真结果得到,月球真近角为283°时发射逃逸探测器将最节约能量,与理论推导的结果相吻合。相对于圆形限制性三体问题下推导的最低逃逸能量,采用椭圆三体模型设计的低能量逃逸轨道可以节约8%左右的发射能量,对于深空探测等任务来说具有明显优势。     

日本启动登月和载人飞船计划

日本航宇探索局（JAXA）4月12日宣布，他们将于8月发射日本的第一个月球轨道探测器。该探测器造价320亿日元，约合2．69亿美元，名为“塞勒涅”，将由日本制造的H-2A型火箭送人太空。日本方面称，日本月球探测计划是继美国“阿波罗计划”之后最大规模的探月计划。     

月球探测器天文测角/单程无线电时间差分测距/差分测速导航方法

月球探测器高精度导航技术是确保月球探测任务顺利实施的关键技术之一。当前,大多数月球探测器都是利用地面无线电进行导航和控制,但存在可测控弧段短、易受干扰等局限性,且对于月球背面探测,存在无法直接测控的不足。针对上述问题,提出了一种新的基于天文测角/单程无线电差分测距/差分测速的月球探测器组合导航方法。该方法使用了天文星光角距、探测器接收到的来自地面站或中继星的单程无线电时间差分测距和时间差分多普勒测速3种量测信息,可有效抑制星上时钟和频谱仪的时间和频率测量误差。收敛后的平均位置和速度估计误差分别为902.7 m和0.12 m/s,最大的位置和速度估计误差分别为1 548.2 m和0.24 m/s。仿真分析结果表明该方法具有较高自主导航精度。     

月面人机联合探测概念研究

月面人机联合探测是载人月球探测任务的基础,是制定载人登月任务模式、设计登月飞行器系统方案的前提。以未来载人登月和月球基地任务为背景,对月面人机联合探测的需求进行了分析,梳理了不同阶段月面典型作业活动,并以此为基础,对月面人机联合探测系统方案进行了论证,设计了面向不同任务的系统组成,分析了月面人机联合探测关键技术,为后续开展有人参与的月球探测任务提供参考。     

月球探测技术途径和关键技术

从上世纪50年代末到70年代初,人类实现了对月球的探测和载人登月,对月球有了基本的认识,是至今了解最详细的星球。月球不仅是一个理想的太空观测站和进入深空的中转站,而且是揭开宇宙起源的重要实验室。因此,近年来世界上的一些主要航天国家对月球探测表现出强烈的兴趣。探测月球需要工程技术的支撑,只有工程技术能够做到,才有可能达到探测月球的目的。国外月球探测都采用了哪些技术途径?     

月球探测卫星的轨道支持

主要讨论采用月球卫星的探测方式时，月球探测器对测控系统的轨道支持要求和实现手段。重点对月球卫星转移轨道段的轨道测量和确定方法进行研究，利用仿真的地面站的测距和测角资料进行了定轨误差分析。     

我国未来探月工程任务对材料需求展望

月球是深空探测的热点,也是美、欧等国家航天技术的竞技场。随着我国"绕、落、回"探月工程的成功实施,建设月球基地和月球空间站已成为新任务的论证热点,这将对材料提出新的需求和发展方向。本文在概述月球环境对航天材料的影响的基础上,分析我国未来探月工程的任务难点,并从轻量化结构、高效热管理、先进热防护、低温润滑、防尘、缓冲吸能等不同角度提出了探月工程对航天材料的新需求,最后给出了后续如何发展探月工程新材料新技术的建议。     

嫦娥探测器分段渐倾转移机构设计

巡视探测器转移机构是在地外空间环境执行巡视探测器转移释放任务的空间机构。与美国、苏联转移任务不同，中国探月工程（CLEP）二期着陆器采用腿式着陆缓冲机构及巡视器顶部搭载方式，转移任务沿着陆器周向展开距离及巡视器释放高度增加，转移难度增大。在设计阶段，转移机构是否符合探测任务严苛的工程约束及设计指标；在执行阶段，转移机构能否在月面非确知环境下正常展开、转移过程是否稳定可靠，是嫦娥探测器顺利完成探测任务的关键。为保障月球后续任务及火星探测任务中转移机构的设计需要，根据巡视器转移系统特点，以探月二期工程中首次探索并成功自主设计定型的嫦娥分段渐倾转移机构为例，对巡视器转移系统的组成、任务需求及设计约束予以阐述，并结合参研人员经验，对机构研制方案的选取、关键环节设计、工程状态及任务验证情况进行说明，以为后续工作及相关工程提供参考。     

行业消息

10月24日18时05分,中国"嫦娥一号"月球探测器在西昌卫星发射中心通过"长征三号"甲火箭发射升空,标志着中国成为了第五个成功发射月球探测器的国家。在发射后两周内,"嫦娥一号"探测器在调相轨道上进行了一次远地点变轨和三次近地点变轨,以进入地月转移轨道。到达月球引力范围后,探测器进行了三次近月制动,最终与11月7日进入距离月球表面200千米的绕     

印度发射首个月球探测器

印度空间研究组织10月22日在距离印度南部城市钦奈90km的萨迪什·达万航天中心用一枚极轨卫星运载火箭（PSLV）将印度首个月球探测器——“月船1号”发射升空。“月船1号”将环绕月球飞行2年。     

月球探测器路径规划的基于案例的学习算法研究

讨论了基于案例的学习方法在月球探测器局部路径规划中的应用问题。基于案例的学习算法是人工智能中的一种学习方法 ,它根据过去的经验进行学习及问题求解 ,是一种增量式的学习过程。本文对基于案例的学习方法在月球探测器路径规划中的应用框架进行了一些讨论 ,提出了一些算法。     

月球与深空探测频率规划研究

介绍国际电（ITU）和空间频率协调组（SFGC）关于月球与深空探测频率使用的一些规定和建议,研究国外月球与深空探测频率使用规划和发展趋势,探讨我国月球与深空探测频率使用需求,提出我国月球与深空探测频率建议和发展方向。