月球表面温度的数值模拟

通过月球天文计算,建立了以太阳辐射、月球辐射和太阳反照参与的月球表面辐射系统模型,并考虑了月球表面从周围通过导热传入的热量,从而可以模拟任意时刻不同经纬度坐标的月球表面温度.模拟结果表明,随着纬度升高,月球表面太阳辐射强度降低,月球表面的温度也随之降低.月面温度变化周期一般为约29天;受月球的黄赤夹角影响,在纬度为90°时,温度变化周期约为178天.建立的月球表面温度模型,与较缺稀的月球实测资料进行了比较,表明本模型可较准确的模拟任意时刻不同经纬度坐标的月球表面温度,为探月设备的热设计与热控制提供研究基础.     

月球轨道目标表面月球红外辐射热流精细计算方法研究

基于月球表面对月球轨道目标表面红外辐射热流的积分计算公式,结合坐标转换和向量运算,采用离散化处理,提出了月球轨道目标表面月球红外辐射精细计算方法。采用均匀模拟法选取月面微元,分析月表红外热流的特点,考虑目标面元空间几何关系和轨道参数,该算法可获得较高的计算精度,较真实地模拟月球红外热流,且有通用性,适于任意星体、任意轨道、任意几何形状目标的星体红外辐射热流的计算。计算结果分析表明,月球红外辐射与地球红外辐射有较大的差异,热控设计时需充分考虑。     

月球坑内空间环境热流的分布研究

文章推导获得了月面阳光矢量和月球坑内探测器表面关系的表达式,采用蒙特卡罗法数值计算探测器各表面的辐射热流,分析了月球坑内环境辐射热流的分布特征。讨论了月面纬度、月球坑尺寸、月面发射率等参数对探测器表面热流的影响。计算表明:月面纬度增加及月球坑坑口半径的减小均会导致某些时刻阳光无法照射到坑底,从而与其他工况有较大的计算差别,两参数对探测器各面热流的影响规律不同;月面发射率对探测器表面热流的影响作用较大,增加月面发射率能明显降低探测器某些表面的辐射热流。     

面向载人月球探测的月面环境模拟试验关键技术分析

文章针对未来有人参与的月球探测任务,首先开展了月球表面环境地面模拟试验验证需求分析,归纳总结了国内外技术发展现状。然后,提出并分析了载人月球探测地面模拟试验需重点研究的关键技术:真空热环境下月面移动式多体低重力模拟技术;复杂月面环境高精度热流模拟技术;大容量布尘条件下超高真空获得与保持技术;月面辐射与月尘环境模拟技术;月尘防护效能量化评估技术;月面综合环境试验验证技术等。最后,给出了面向载人月球探测的月面环境模拟试验技术研究总体方案,并对月面环境模拟试验技术的发展目标进行了展望。     

基于SVM和"嫦娥一号"数据的月球表面亮温分布

月球表面的微波辐射亮度温度分布与月表物质的物理化学和地理分布特性密切相关.为了分析月球表面微波辐射亮温的分布特点,利用支持向量机(SVM)方法对嫦娥一号(CE-1)绕月卫星搭载的微波辐射计获得的2C级亮温数据建立回归分析模型,并利用粒子群算法优化SVM回归模型,建立了月球表面不同地理位置的4个频率通道(3GHz,7.8GHz,19.35GHz,37GHz)的微波辐射亮温与时间的关系,获得了这4个频率的微波辐射亮温在月表很窄时间段的全球分布,因而显示出了更多的细节特征.最后对这些特征进行了描述并对影响月球表面亮温的因素进行了讨论.     

月球表面次生伽马与中子辐射环境模拟研究

月球表面以银河宇宙射线(GCR)为主引发的次生伽马谱和次生中子谱表征月壤的元素组成以及水冰含量,对于下一阶段的月球探测与资源原位利用是值得研究的重要内容。文章通过蒙特卡罗方法简单模拟与分析银河宇宙射线环境下月球表面簇射的伽马与中子辐射环境,结果表明:月球次生伽马谱具有明显的氢(2.23 MeV)、铝(0.83 MeV)、钙(3.53 MeV)、氧(6.13 MeV)、硅(1.77 MeV)谱线特征,水含量对其影响不大,但在高水含量时氢的谱线更为明显;月球表面次生中子谱形与月壤中水冰含量密切相关,随水冰含量增加热中子通量下降,0.01 eV中子的通量在20%含水量时比不含水时下降了72%。建议在后期月球探测计划中使用小型、低功耗的中子/伽马复合探测器,实现我国首次原位月球伽马/中子辐射环境探测,为未来进一步勘探月球原位水资源、矿产资源积累反演的基线数据。     

简讯

月表的辐射环境由于没有大气层阻挡,各种辐射可以直接抵达月球表面并与月壤相互作用。月球表面物质主要受到下列3种辐射源的辐照,即太阳风、太阳耀斑和银河宇宙射线。太阳风是由太阳发出的连续的等离子体     

月球表面热环境数值分析

月球表面热环境的研究对探月活动有重要意义,本文用数值方法分析了月球表面的热环境.首先计算了不同纬度地区地表辐射平衡温度的周期波动,然后建立了月球地表土壤的一维非稳态热传导模型,用此模型计算了不同纬度地区地表温度的波动、月壤温度的波动及恒温层温度和深度,并讨论了月壤热物性对温度波动的影响.结果表明白天的地表温度主要取决于地表的辐射平衡温度,而夜晚的地表温度受到月壤热物性的影响.     

开展我国月球环境模拟试验技术研究的建议与设想

文章介绍了国外月球探测与月球环境地面模拟试验技术的发展现状,提出了为满足我国未来月球探测与着陆所需要的月球环境地面模拟试验技术的主要研究方向.     

月球探测器着陆冲击试验及关键技术研究

中国正在开展月球探测活动,下一步将发射月球着陆器并实现月面软着陆。为确保着陆器在月面着陆时的稳定性和可靠性,发射前需在地球表面进行着陆冲击试验。对会影响月球着陆器着陆性能的月貌和月壤进行了详细的叙述,以便在试验过程中进行相应环境特征的模拟。用图表详尽阐述了三种月球重力场模拟器的原理和装置,并对各自的优缺点进行了评述。根据试验模型的不同,将月球着陆器着陆冲击试验分为原尺寸试验（模拟的月球重力场下）和1/6模型试验（地球重力场下）两类,分别介绍了两类模型的结构以及试验模型与着陆器原型机之间缩放关系。分别给出了原尺寸试验和1/6模型试验的试验平台和试验步骤,以及初始试验参数的给定方法。根据试验研究的需要以及月球探测器在月球表面着陆时的真实情况,给出了在地球上进行着陆模式模拟的方法。研究表明两种试验结果之间有良好的一致性,但是这两种试验的花费很高,且对试验场地有较高的要求。再者,由于在试验中对月壤没有太好的模拟方法,试验数据与真实着陆时数据存在一定差异。     

月球表面成像模拟获进展

近日,由复旦大学波散射与遥感信息教育部重点实验室金亚秋教授等人主持的一项月球表面地形分析方法研究,受到国家自然科学基金的资助。该研究第一次实现了真实月表参数的有效成像模拟,为月球表面主要特征的提取和识别等提供了一种有效工具。     

月球着陆器着陆缓冲性能研究

首先基于MSC.Nastran/MSC.Adams软件建立了模拟月球着陆器的动力学模型,并利用模拟月球着陆器在地面冲击试验来验证仿真模型的正确性,重点关注缓冲机构与结构连接处的载荷,结构特征点的加速度响应,以及缓冲器的工作行程。然后利用模拟着陆器地面试验结果修正动力学分析模型,研究表明：着陆器结构和缓冲机构的柔性对缓冲性能具有较大的影响。最后,把动力学分析模型中的模拟结构更换成真实结构,进行着陆器在月球表面的着陆冲击仿真分析,从而获得模拟着陆器地面试验与着陆器在月面着陆的冲击缓冲性能差异。     

"嫦娥一号"月球探测卫星真空热试验的初步思路

文章介绍了月球环境条件、设计月球探测器需要考虑的环境因素、以及绕月飞行的"阿波罗"服务舱(service module)真空热试验的外热流模拟情况,对中国"嫦娥一号"月球探测卫星的真空热试验提出了初步设想.     

开发月球车用的月表环境的地面模拟方法研究

当前中国正在进行自己的探月工程,预计将会发射月球车登陆月球表面.在研制月球探测器过程中,为了在地面验证月球车的可靠性和各项功能(如着陆冲击、自主巡航和遥控),必须建立相应的地面试验中心.根据目前对月球表面环境的认识和现有的仿真技术,文章提出了实现月表综合环境模拟的试验设施的设想.由于月球表面环境非常恶劣并且月表的地形也非常复杂,文章提出了一种组合式月表环境模拟器的设想.主要部分是模拟各种月貌特征(如陨石坑、斜坡、沟壑等)的可移动单元.每个单元是一个用模拟月壤制作的小沙盘,其化学成分、组成颗粒分布和力学性能和已经获取的真实月壤样品相似.根据不同的试验要求,选择相应的单元按照一定的规律组合成为试验场.这样在有限的场地面积内可以按需实现对月表不同地域的地貌特征模拟.同时,可以选择少量单元的组合构成更小规模的试验场,以方便与其它环境模拟器(如落塔,热/真空容器等)联合,实现模拟月表的综合环境.     

封闭腔内复杂条件对辐射传递系数影响的数学模型与数值模拟

文章基于蒙特卡罗-射线踪迹方法,建立某航天器部件封闭腔内表面间辐射传递系数的数学模型,数值模拟求解理想表面间的辐射传递系数-角系数和在不同表面反射率和镜漫反射比例系数条件下的辐射传递系数,分析表面反射特性和空间几何条件对其影响.计算结果表明:辐射传递系数的计算方法和结果是可靠的,各表面之间的辐射传递完全符合能量守恒定律;辐射传递系数能够考虑表面之间的空间几何位置、多次反射和辐射界面特性等综合影响因素,真实地反映了理想和非理想表面间的辐射能量传递.     

俄罗斯将发射一系列美国月球探测器

俄罗斯与乌克兰联合成立的航天运输机构 (Ｋｏｓｍｏｔｒａｓ)明年将发射一系列美国探测器进行月球探测。这些探测器将由俄罗斯生产的“第聂伯”火箭发射 ,拍摄月球表面照片 ,之后登陆月球。最终这些小探测器能将商业货物运往月球 ,完成ＮＡＳＡ的试验并对月球表面进行探测。根据Ｋｏｓｍｏｔｒａｓ与美国转移轨道公司签订的价值 2 0 0 0万美元的合同 ,12月 2 0日“第聂伯”火箭将发射一个模拟月球探测器同时搭载 5颗分别来自阿根廷、德国、意大利和沙特阿拉伯的卫星。该合同下的第一个月球探测器将在 2 0 0 3年 10月发射 ,它将携带 2架相机…     

基于Shape-from-Shading的月球表面三维形状恢复算法研究

提出了一种基于Shape-from-Shading的月球表面三维形状恢复算法。首先分析了在太阳光照射下月球表面成像模型,建立了使用Lommel-Seeliger反射模型描述的反射图方程。然后用有限差分近似微分运算,将反射图方程所示的一阶变系数线性偏微分方程进行离散化处理,得到关于表面高度函数的代数方程。进而采用超松弛迭代法进行求解,获得月球表面三维高度函数值。最后使用合成图像和实际月球图像进行三维形状恢复仿真实验。实验结果表明提出的算法可以有效地恢复月球表面三维形状。     

嫦娥一号卫星的近期科学探测成果

嫦娥一号月球探测卫星采用CCD相机和激光高度计,对月球表面参数特征进行了测量,获得了覆盖完整、分辨率高的全月球数字高程模型（DEM）。基于数字高程模型,可以鉴别中尺度的月球表面的地质地貌、盆地和火山等。这些新的研究成果将有益于对月球地质演化的深入研究。     

嫦娥五号探测器月面铲挖采样前后状态变化分析

为了深入研究月球演化历史以及太空环境对月球土壤的风化影响,需要定量分析月球表面物质与次表层物质的状态差异。研究提出一种依据彩色图像数据分析月壤状态差异的方法,利用嫦娥五号任务采样期间获取的月球表面铲挖前后的图像数据,分析了每次铲挖前后月球表面的图像灰度表现特性等特征,分析结果表明:月球次表层物质的平均反射率小于表面物质,全色谱段中的平均变化率为-24.71%;局部区域的月球表面次表层物质的平均反射特性基本一致,全色谱段中的平均变化率为-0.30%;月球表层颗粒形态与次表层颗粒形态可能不一致;月球表层颗粒与次表层颗粒组成和化学分子结构可能不一致。分析数据表明嫦娥五号采样位置铲挖前后的原态月壤和新鲜月壤存在明显状态差异,研究结果可为我国后续月球采样实施方案的改进提供基础数据。     

美新型月球概念车进行沙漠测试

2007年9月中旬，美国NASA“沙漠RATS”小组在亚利桑那州的一处沙漠中测试“侦察兵”新型月球概念车。测试地点与未来要登陆的月球表面地形十分相似，以便检测月球车、遥控机器人和探月航天员的新式宇航服等样品，模拟未来航天员在月球上活动中各种设施的使用功能。航天工程专家尝试未来修建月球基地的“人机配合”活动，由航天员利用机器人和月球车进行月球基地选址勘测，铺设太阳能电池阵和电缆等。美国按照“重返月球”计划，最早将于2020年运送航天员重登月球，为探索火星和宇宙空间建立永久基地。