月面巡视探测器地面试验方法与技术综述

“嫦娥三号”任务的圆满完成标志着我国已经突破了软着陆、巡视勘察、月夜生存等一系列深空探测关键技术。由于任务目标以及月面环境的复杂性,对巡视器的地面试验验证工作提出了很高的要求。在研制过程中,不但开展了常规航天器必做的试验项目,还开展了大量的专项试验,充分的地面试验对确保任务的成功发挥了重要作用。文章对“嫦娥三号”巡视器的地面验证需求、验证试验要求、验证试验实施情况进行了分析和总结,主要包括低重力模拟、月表地形地貌模拟、工程模拟月壤的制备与整备、光照环境模拟、月尘模拟等方面,对深空探测器试验方法与技术的发展方向提出了建议。     

首次月背着陆探测的“背后”——上海航天技术研究院“嫦娥”四号探测器研制任务侧记

<正>2018年12月8日,"长征"三号B运载火箭成功将"嫦娥"四号探测器送入地月转移轨道,踏上了人类首次月球背面着陆探测的旅程。"嫦娥"四号探测器包括两器一星,即月球软着陆探测器(着陆器)、月面巡视探测器(巡视器)、"鹊桥"中继卫星。上海航天技术研究院承担了"嫦娥"四号着陆器、巡视器5个半分系统的研制任务,包括巡视器移动分系统、结构与机构分系统、测控数传分系统、电源分系统、综合电子分系统移动/机构控制与驱动组件、着陆器一次电源分系统。     

基于角锥体原理的月面巡视探测器定位方法

为了获取月面巡视探测器在月球表面的相对位置信息,提出了一种基于角锥体原理的相对定位方法。此方法无需初始值,仅利用巡视探测器获取的包含着陆器目标的影像,就可以实现巡视探测器高精度定位。通过嫦娥二期工程试验,验证了该算法的有效性,可为月面巡视探测器开展科学考察任务所应用。     

月面地形地貌环境模拟初步研究

文章介绍了在月面巡视探测器室内试验场建设过程中有关月面典型地形地貌环境模拟的初步工作。通过现有关于真实月壤的物理机械性质的总结,考察了利用火山灰模拟月壤的可能性。通过对比分析两者主要的物理机械性质,可以得出:利用加工的火山灰模拟月壤用于月面巡视探测器移动性能等试验研究是可行的。为今后深入研究月面地形地貌和月面巡视探测器的地面试验进行了有益的尝试。     

中国“玉兔”俏月宫——月球车漫画

月球车也称月面巡视探测器,是一种能够在月球表面自动移动,完成探测、采样、运载等任务的高度集成的航天器,也可以描述为能适应月球环境,携带科学仪器在月面进行巡视探测的月球探测器,是在月球上完成零距离科学探测任务的重要平台。     

中国月球车指日可待

据近日召开的2012年国防科技工业工作会透露,我国探月工程——嫦娥工程二期中的嫦娥三号任务目前已经圆满完成月球着陆器的悬停避障及缓速下降试验,月球巡视器的综合测试及内、外场试验等各项验证性试验,技术方案得到验证,该工程研制取得重大进展。     

月球探测器成像观测任务设计与验证

针对月球探测器月面软着陆与巡视勘察任务特点,进行需求分析和细化,识别出月面探测任务过程中着陆器动力下降、巡视器释放分离、两器月面工作状态、月面区域地貌状态等成像观测任务的关键环节,兼顾设计约束,开展成像仪器系统设计。基于各个成像观测任务关键环节,结合月面状态、探测器姿态和光照条件之间的相互影响,从成像仪器视场遮挡情况、成像目标的阴影状态、视频的连贯性和数据传输的匹配性等方面,确定成像仪器配置及功能和性能参数。此成像观测任务设计已通过嫦娥三号探测器的在轨验证,为探测器状态的判断、分析及任务实施过程的评估提供了支撑,可为后续深空探测的成像观测任务设计提供参考。     

月面数字地形构造方法研究

月面巡视探测器着陆区域的地形将对其产生重要的影响。文章对月面数字地形构造方法进行了研究。首先,对月面典型地形特征石块和撞击坑的分布规律和典型形状进行了分析。其次,说明了数字地形的生成流程。再次,先后利用两种方法确定石块和撞击坑的直径,在此基础上构建了数字地形。一种方法是根据巡视器的越障能力确定石块和撞击坑直径,该方法可在一定程度上满足巡视探测器移动性能试验需求;另一种方法是随机生成石块和撞击坑的直径,使生成的地形符合月面的实际情况,不仅可以应用于巡视探测器的移动性能试验,而且也可以应用于路径规划和着陆器着陆过程的模拟。     

“嫦娥三号”巡视器热试验月面姿态模拟装置研制

月面巡视器在月表移动的过程中,月面起伏和月球(1/6)g重力会对巡视器的热控系统产生不利影响,因此需要在地面试验时对巡视器的热控系统的功能进行验证。文章通过对运动机构在真空低温环境下的适应性研究,研制了一套可以满足"嫦娥三号"巡视器真空热试验中使用的月表姿态模拟装置,该模拟装置通过2套螺旋升降机构实现了巡视器的俯仰和滚动模拟,并经过初样、正样热试验的2次大型试验的使用验证,圆满完成了试验任务,也为以后热试验中运动工装的设计奠定了基础。     

巡视探测器悬架机构综述

悬架机构是巡视探测器移动系统的重要组成部分，其性能直接影响着巡视探测器的通过性能、越障能力和稳定性等。文章分析了目前应用于巡视探测器的各种悬架，分别为杠杆导向的扭力式独立悬架、摇臂转向架悬架、五轮五点接触悬吊式悬架、平行架一叉形架悬架、三体柔性悬架、ExoMars巡视探测器悬架系列（RCL-C、RCL-E、CRAB和Double Spring）、正反四边形悬架等。在分析的基础上总结了巡视探测器悬架机构的发展趋势，同时为我国月面巡视探测器移动部分悬架机构的选择提出了建议。     

模拟月壤研究及其在月球探测工程中的应用

在月壤化学成分、物理力学性质等方面研究结果的基础上,文章对国内外模拟月壤的研究进展进行了综合分析,重点阐述了服务于我国嫦娥探月工程的科学探测仪器标定、着陆器组合缓冲性能试验、巡视器移动试验、月表采样试验等研制任务的模拟月壤研究成果及应用情况,包括模拟月壤原料选取及制备工艺,模拟月壤试验场的铺设方法等,结合载人登月等任务需求提出了未来研究工作的发展建议。     

Vanguard--a European robotic astrobiology-focussed Mars sub-surface mission proposal

We present a new European Mars mission proposal to build on the UK-led Beagle2 Mars mission and continue its astrobiology-focussed investigation of Mars. The small surface element to be delivered to the Martian surface--Vanguard--is designed to be carried by a Mars Express-type spacecraft bus to Mars and adopts a similar entry, descent and landing system as Beagle2. The surface element comprises a triad of robotic devices--a lander, a micro-rover of the Sojourner class for surface mobility, and three ground-penetrating moles mounted onto the rover for sub-surface penetration to 5 m depth. The major onboard instruments on the rover include a Raman spectrometer/imager, a laser plasma spectrometer, an infrared spectrometer--these laser instruments provide the basis for in situ "remote" sensing of the sub-surface Martian environment within a powerful scientific package. The moles carry the instruments' sensor head array to the sub-surface. The moles are thus required to undergo a one-way trip down the boreholes without the need for recovery of moles or samples, eliminating much of the robotic complexity invoked by such operations.     

“嫦娥三号”巡视器的最终状态管控实践

文章分析了“嫦娥三号”巡视器的特点,详细阐述了包括策划组织、要素分解、量化管控要求等在内的最终状态确认工作,并对这项工作进行了剖析、总结,可以作为其他航天器最终状态确认工作的参考。     

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。     

勇气号和机遇号火星车定位方法评述

评述了应用于勇气号和机遇号火星车的无线电测控定位、航迹推算、太阳图像确定方位角、视觉测程、光束法平差定位、地面影像与高分辨率卫星影像对比等多种定位方法,分析了其精度、适用范围、进一步发展的潜力等,对中国探月二期工程以及以后的火星探测工程中的探测车定位具南谙餐作昂：     

月面巡视器实时动力学建模与牵引控制

为实现月面巡视器GNC系统的闭环测试,研究了六轮摇臂式巡视器在月表崎岖地形、松软土壤和低重力环境下的动力学建模与控制问题。基于弹塑性轮—土力学和粘弹性运动副约束分析,建立了巡视器的牛顿—欧拉动力学模型。以跟踪期望速度、角速度为目标,采用速度协调控制和车轮滑移控制,完成了巡视器闭环牵引控制。在实时操作系统下实现了巡视器动力学模型和牵引控制系统,并建立了三维可视化平台,对该动力学模型和牵引控制方法进行验证。测试结果证实了建立的动力学模型准确、稳定,可以真实地模拟巡视器在月球表面的运动行为和轮—土作用关系,且满足运动副的约束;所设计的牵引控制方法可以较准确地实现巡视器跟踪期望的运动。     

Preliminary assessment of a small robotic rover for Titan exploration

Titan is a very interesting target in deep space exploration. With its solid surface on which a rover can easily travel and its methane lakes which can be sailed it is the ideal target for a deep space mission which includes a mobile platform. In the present paper the general layout of a rover for a mission to Titan is studied, dealing with the mobility, power generation and trajectory control issues. A four-wheels configuration with slip steering was chosen; to compare this solution with the more conventional strategy based on steering wheels, simulations were performed on some trajectories computed through the well known ‘potential’ method, using both slip steering and conventional steering control, for different vehicle speeds. The comparison between the simulated trajectories allows to state the adequateness of the proposed approach.The results here obtained apply not only to a future mission to Titan, but also to other missions designed for the exploration of the satellites of the outer planets having a size comparable with that of Titan and the largest Kuiper belt objects like Pluto and 136472 Makemake.     

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.