航天器非地球轨道热环境模拟技术探讨

月球、火星探测器等非地球轨道航天器与地球轨道航天器对热控的要求有很大的不同,为验证热控设计的合理性,必须在地面做好充分的热环境模拟试验.国内绝大部分空间环模设备都是以模拟地球轨道航天器在轨环境为目的建设的,显然不能满足深空探测需要.文章针对航天器非地球轨道深空热环境模拟技术进行探讨.     

“嫦娥”四号探测器任务概貌

<正>一前言在人类60年的月球探测历程中,完成了对月球的遥感、着陆、巡视、取样返回等多种形式的探测,获得了大量对月球的科学认识。但在"嫦娥"四号之前,还没有人类的航天器踏上月球背面荒芜的土地进行科学探测。"嫦娥"四号任务是我国探月工程又一里程碑式的任务。该探测器在2019年1月3日上午,实现了人类的航天器首次软着陆月球背     

光电技术在中国深空探测中的应用

文章简单回顾了中国深空探测已走过的历程和正在进行的项目,展望了今后的发展;分析了深空探测器及其有效栽荷对光电技术的需求;重点对中国已发射的月球探测器"嫦娥一号"、"嫦娥二号"中应用的光电技术和获取的成果,正在研制的"嫦娥三号"探测器中所应用的光电技术,月球探测三期和今后可能发展的深空探测项目中预计采用的光电技术的研制工...     

月球探测软着陆与采样返回段弹道确定

针对月球探测中软着陆与采样返回段弹道计算问题,提出用数值逼近弹道确定方法。通过B样条对探测器状态进行建模,进而综合全弧段数据进行统计定轨的方法。由于样条法良好的数值逼近性能,使得该方法对探测器弹道异常复杂情况下的状态确定较为有效。对嫦娥三号探测器动力软着陆弧段进行了仿真与实测数据处理。分析了采样返回段的基本动力学与控制特征,为后续的嫦娥五号探测器的软着陆及其采样返回提供初步的可行弹道计算方法。在嫦娥三号探测器动力落月段实测数据处理中,通过评估,该段弹道确定精度优于100 m,其弹道末点与NASA的月球勘测轨道器（LRO）给出的结果差异优于50 m,证实了文章提出的软着陆弹道确定方法的有效性。     

深空探测器单基线干涉测量相对定位方法

针对中国深空探测中航天器高精度定位需求,提出一种基于相位参考成图技术的探测器单基线相对定位方法。该方法利用中国深空站长弧段跟踪优势,形成良好的UV覆盖,满足在中国仅有两个深空站的条件下获得高精度测量结果的要求,解决单基线高精度干涉测量的难题。利用中国深空测控网喀什至佳木斯基线开展了嫦娥三号月球探测器天线间的相对定位试验,确定了嫦娥三号着陆器全向天线相对定向天线的位置,天平面角分辨率优于0.5 mas(毫角秒),充分验证了该方法的有效性。该研究对以后嫦娥五号任务及火星探测中无线电干涉测量相对定位具有一定参考价值。     

嫦娥五号探测器供配电系统设计与验证

结合嫦娥五号探测器主要任务特点,简要介绍了多器供配电系统的功能需求、多器联合供电方案设计,并通过能量平衡仿真分析、多母线融合控制等关键技术,解决了嫦娥五号探测器在复杂空间环境下多任务、多模式的高可靠轻小型化供配电系统设计难题。在轨飞行试验结果表明:供配电系统功能正常、工作可靠、性能优良。提出的嫦娥五号探测器多器组合一体化供配电系统分析与设计方法,满足并确保了月面无人自动采样返回任务可靠实现,可为未来探月工程及其它深空探测领域供配电系统设计提供参考和借鉴。     

“中国嫦娥”千万里我追寻着你(上)——嫦娥二号卫星留在星际间靓丽轨迹回眸

此刻,在遥远的星际空间,嫦娥二号正奋力向前翱翔.作为我国第二颗月球探测器,嫦娥二号卫星在圆满完成既定任务的同时,取得了大量的科学和技术试验验证成果,突破了一批核心和关键技术,开创了我国深空探测任务新模式,系统性推进了相关领域的技术发展,成为具有国际水准与特色的深空多目标、多任务探测器和我国第一个行星际探测器,中国也成为国际上第三个飞入拉格朗日点、第四个开展小行星探测的国家,完成了我国深空探测创造性的跨越,将中国深空探测的臂膀伸向了遥远的星际空间.     

深空探测器推进系统

以技术较成效的月球探测器、火星探测器推进系统为重点，介绍了国外深空探测活动的情况。简述了深空探测对推进系统的需求、我国航天器液体推进技术的现状。认为我国的推进技术经一些适应性发展，即可满足深空探测的需求，并且设想了我国近期较为可行的深空探测器推进系统方案。     

知识资料窗

空间探测器空间探测器就是对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人航天器，又称深空探测器。空间探测器包括月球探测器、行星和行星际探测器。空间探测器是深空探测的主要工具。深空探测主要包括月球探测、行星探测和行星际探测。探测的主要目的是：了解太阳系的起源...     

2008年世界深空探测获得丰硕成果（上）

一、一年来世界深空探测的重要进展 2008年是世界深空探测获得丰硕成果的一年。在月球探测方面,印度成功发射了首个月球探测轨道器月船1号,中国的嫦娥1号月球卫星绘制了目前世界上最为完整的全月球影像图,韩国也研制出自己的月球探测器,美国则联合八国航天局签署了无人探月协议。在太阳系行星探测方面,美国的凤凰号探测器成功地在火星极区着陆并证实土壤中存在水冰,     

卫星真空热试验倾斜姿态模拟装置的设计

为验证月球地形表面坡度以及重力环境对探测器及设备性能的影响,设计了一种探测器倾斜姿态模拟装置。该装置采用双曲柄摇块机构,主要由步进电机、螺旋升降机、转动平台(连架杆)、底框等组成。针对<10-4 Pa的高真空和100 K低温的使用环境以及大尺寸、重负载和高精度的使用要求,讨论了探测器倾斜姿态模拟装置设计时所面临的系列问题及解决方法。该装置已成功应用于“嫦娥三号”以及“嫦娥五号”的真空热试验,满足试验对装置提出的各项指标要求。     

“嫦娥三号”探测器月尘环境分析及试验要求

"嫦娥三号"是我国首个成功实施地外天体表面就位探测的航天器,在其研制过程中充分考虑了月面环境对探测器的影响,开展了针对性设计及地面验证工作。文章综述了探测器针对月尘环境方面的设计因素,总结了月面月尘激扬的因素及其相关数值分析工作,对月尘验证试验的设计及条件制定进行了说明。相关结果或工作思路可为后续月面探测器及火星表面探测器的研制提供参考。     

基于“嫦娥三号”放射性载荷的总装防护设计与实施

“嫦娥三号”月球探测器安装有放射性载荷,因此需要在总装过程中进行有针对性的防护,以尽量降低操作人员可能受到的辐射危害。文章在分析各工作平台辐射剂量率的基础上,结合一般防护方法,提出了基于操作时间控制、操作距离限定以及屏蔽防护选择3项基本控制要素的核辐射环境中的操作防护设计方案。经地面模拟演练的验证及塔架上最终实施结果比对,证明防护方案设计合理可行,操作人员受到的累积辐射剂量处于预期值范围内的较低水平。     

模拟载人探月中航天员空间辐射风险评估

空间辐射是长期载人航天飞行任务中影响航天员健康的重要风险因素。为了探求载人探月过程中对空间辐射的合理防护方式,文章借助空间辐射场模型对"嫦娥三号"飞行任务在不同质量厚度材料屏蔽下的舱内空间辐射环境进行了仿真计算,并确定了航天员各器官接受的空间辐射剂量、剂量当量以及有效剂量等辐射防护量以进行辐射风险评估。结果表明,随着屏蔽厚度的增加,航天员的各组织或器官的吸收剂量和剂量当量以及有效剂量均明显降低;采用质量屏蔽的方法对低于100 Me V的质子具有很好的防护效果,但对高能质子或重离子的防护效果不明显。计算和分析显示,载人探月过程中,只要采取适当的防护措施,航天员的空间辐射风险是可控的。     

基于纹理特征的地貌的统计贝叶斯划分方法研究

通过研究“嫦娥一号”拍摄的月球影像灰度图纹理特征,对月貌进行划分,提出一种利用月球纹理特征结合月球影像的灰度值,采用贝叶斯分类法来进行月球地貌的分类。月球影像的纹理特征是由灰度共生矩阵计算出来的13种纹理特征量来刻画的。具体方法是：首先,选择能将不同月球地貌区分开的最佳纹理特征及提取这些最佳纹理特征所采用的相应最优窗口尺寸;其次,对这些提取出的纹理特征进行主成分分析,去除相关性,再运用贝叶斯分类法进行月貌分类。实验表明,该方法能很好地提取出月球表面的纹理特征,并能成功地对月球地貌单元进行自动识别和分类。最后制作完成的月球地貌分区图能为月球的进一步研究提供参考,为更好地探索月球提供详细的资料。     

深空探测对航天器热控技术的推动

工程热物理学广泛应用于航天领域,一方面解决了具体航天工程问题,另一方面逐步发展成为交叉学科——空间热物理。随着我国在深空探测领域不断拓展,以深空探测器研制中的工程热物理问题为需求背景,推动着航天器热控制技术、防热技术等取得新的发展。文章在介绍深空探测器技术体系的基础上,分析了热设计、热分析、热试验、热控硬件、防热等方面的技术进步,并就深空探测领域进一步拓展对工程热物理发展的牵引进行了展望,分析了工程热物理学与航天技术间相互促进、相互推动的关系。     

航天器热控系统中的热泵-蓄冷组合方案

提出了旨在降低热控系统质量的热泵-蓄冷组合热控方案。通过对负荷进行预测，对热泵蓄冷系统的集成模式，系统的运行策略，以及蓄冷设备的容量等问题进行了分析。结果表明：通过合理优化系统的运行参数，热泵蓄冷组合方案能实现热控系统的轻量化设计要求，在未来航天热管理系统中具有相当的应用潜力。     

红外加热笼进行瞬态外热流模拟的优化方法

为研究航天器真空热试验时红外加热笼模拟瞬态外热流的优化方法,文章建立了航天器器表、红外笼与热沉之间的辐射换热模型,得到舱板与红外笼的瞬态温度变化、器表到达热流密度的表达式,得出器表到达热流密度与器表内侧等效吸收热流密度和红外笼带条加电电流之间的关系。分析器表内侧等效吸收热流密度相同和不同的情况,基于红外笼加电控制周期为1 min和红外笼带条热容影响,对红外笼加电方式进行研究,提出变电流的优化加电方法。分析结果可为红外笼作为瞬态外热流模拟手段提供参考,减少瞬态外热流模拟误差。     

月球探测器着陆过程羽流热效应数值模拟研究

考虑到月球探测器着陆过程变推力发动机工作可能引发羽流热效应,通过差分求解N S方程与直接模拟蒙特卡洛(DSMC)耦合的方法,针对探测器变推力发动机羽流的连续流区与稀薄流区进行了数值模拟,获得了着陆过程不同状态探测器表面的羽流气动热流密度分布,分析了探测器在不同高度及坡度受到的羽流热效应,研究了探测器因落月惯性与发动机延时拖尾等特殊工况羽流气动热的影响程度。数值模拟结果表明,探测器受到的羽流气动热影响总体随着发动机出口与月面间距离减小而急剧增强,随着距离减小至0.434 m,热流密度最大值为429 kW/m 2 ,而且月面坡度对羽流热效应有减弱作用。研究结果可为探测器关机策略的制定提供支撑,为探测器关键部位的热防护提供输入,为探测器整体的设计优化提供服务。