国外深空探测器着陆缓冲系统的特点和应用

主要介绍国外月球和行星探测器的着陆缓冲系统的特点与应用。着陆缓冲系统的基本类型包括软着陆机构、气囊缓冲装置和空中悬吊机结构。其中：软着陆机构由着陆架（腿）、缓冲器和展开锁定机构组成,具有质量较大,结构较简单、可靠的特点,在美国“勘测者”、“阿波罗”、“梦神”和苏联月球号等着陆器中得到了应用;气囊缓冲装置由气体发生器、气囊组件,以及缩回与展开机构组成,具有质量小、包装容积小和着陆稳定性好的特点,在美国“火星探路者”、“火星探测巡视器”,苏联早期月球号着陆器,以及欧洲“贝皮一哥伦布”水星探测器中得到了应用;空中悬吊机结构由空中悬吊机及其推进系统等组成,具有着陆速度低、冲击小和安全可靠的特点,在美国“火星科学实验室”的好奇心号巡视器上得到了应用。     

月球探测器软着陆缓冲机构着陆性能分析

铝蜂窝缓冲器是月球探测器软着陆机构常用缓冲装置。首先针对简化 二级蜂窝缓冲装置在LS\|DYNA中进行着陆过程大变形模拟仿真分析;其次对探测器机体变 形对着陆性能的影响进行研究。研究结果表明探测器采用多级蜂窝缓冲装置,在着陆过程中 当第一级蜂窝材料完全压缩时,探测器加速度响应最大;由于探测器机体柔性变形改变了相 应连接约束的位置从而使着陆器着陆性能恶化。     

天问一号探测器软着陆触火关机策略设计

针对天问一号探测器软着陆的安全性和稳定性问题,提出了一种高容错自主触火关机策略.首先考虑探测器进入、下降和着陆过程中大冲击、高动态、强振动环境,造成触火开关误触发的问题,设计了以触火信号、加速度信息以及高精度导航数据相结合的软着陆在线决策方法.通过自主故障诊断和处理策略提高了决策的正确性.然后,利用基于事件触发的发动机...     

月球探测器软着陆机构

综述了月球探测器软着陆机构的应用与发展现状。介绍了软着陆机构的性能要求和组成,并根据着陆腿结构和缓冲器种类对软着陆机构进行了分类。讨论了着陆器主体设计、着陆腿结构和缓冲器的模块化设计。阐述了着陆器发射、在轨飞行、着陆和着陆后阶段的动力学研究内容。分析了缓冲器设计、着陆机构基本构型设计,以及缓冲器与基本构型主要参数配置等关键技术,对月球探测器软着陆机构设计有一定的参考意义。     

月球探测器软着陆缓冲机构关键技术研究进展

对月球探测器软着陆缓冲机构关键技术及国内外发展概况进行研究,对国际上常用探测器缓冲器、展开锁定机构的结构组成,工作原理及其特点进行介绍。最后结合国外研究现状对新一轮探测器发展趋势进行预测,论文研究工作对于我国开展“嫦娥”二期探月工程具有参考价值。     

月球探测器着陆性能若干影响因素分析

软着陆缓冲装置是月球探测器的核心组成,对其着陆过程进行动力学分析 是着陆器设计的重要环节。论文以四腿悬架式着陆器为研究对象,首先在综合考虑月面非线 性变形、反推火箭残余应力、姿态控制力等基础上建立了探测器倾斜月面着陆过程动力学方 程。其次,研究了月面摩擦系数、月面着陆倾斜角度、反推火箭残余应力、着陆速度对探测 器着陆性能的影响。结果表明探测器着陆稳定性能伴随着月球表面土壤摩擦系数、月面倾斜 角度、着陆速度的升高而急速降低;探测器反推火箭残余应力虽能较大地减缓月面对着 陆器的冲击,但过大却容易导致探测器在月面反弹甚至翻滚。
     

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。     

知识资料窗

月球着陆月球着陆不同于火星着陆和金星着陆。因为月球没有大气层，所有靠大气阻力的着陆手段（制动襟翼、降落伞和机翼）都不起作用，只能依靠反向推力制动。所以，无论是载人登月舱还是自动探测器都采用制动火箭减速加上着陆缓冲的办法在月球上实现软着陆。航天器在绕月...     

用于月球登陆器软着陆的磁流变缓冲器设计与分析

根据月球登陆器软着陆过程中对缓冲系统的要求和磁流变缓冲器特点,基于Herschel-Bulkley本构模型和登陆器软着陆的动力学方程,在Matlab/Simulink软件中建立了磁流变缓冲器缓冲的数学模型和不同冲击速度的控制电流模型,给出了月球环境中月球登陆器缓冲时不同时间的过载、速度和行程.设计了2个磁流变缓冲器,采用串联和电流控制实现了月球登陆器软着陆二级缓冲.分析结果表明:磁流变缓冲器可用于月球登陆器.     

月球着陆器着陆缓冲机构设计方法研究

着陆缓冲机构是着陆器实现月球或行星探测软着陆的关键部件之一,它直接关系到软着陆探测任务的成败.文章根据着陆缓冲机构的功能和特点,提出了从概念设计、方案比较到方案确定、详细分析和试验验证的方案设计流程,并结合月球着陆器着陆缓冲机构的研制经验,对每个阶段的设计方法进行了阐述,可供后续深空探测任务着陆缓冲机构设计借鉴和参考.     

Structural health management technologies for inflatable/deployable structures: Integrating sensing and self-healing

Inflatable/deployable structures are under consideration as habitats for future Lunar surface science operations. The use of non-traditional structural materials combined with the need to maintain a safe working environment for extended periods in a harsh environment has led to the consideration of an integrated structural health management system for future habitats, to ensure their integrity. This article describes recent efforts to develop prototype sensing technologies and new self-healing materials that address the unique requirements of habitats comprised mainly of soft goods. A new approach to detecting impact damage is discussed, using addressable flexible capacitive sensing elements and thin film electronics in a matrixed array. Also, the use of passive wireless sensor tags for distributed sensing is discussed, wherein the need for on-board power through batteries or hardwired interconnects is eliminated. Finally, the development of a novel, microencapuslated self-healing elastomer with applications for inflatable/deployable habitats is reviewed.     

空间能量粒子探测方法研究

阐述了空间能量粒子探测的原理和方法。介绍了国外在能量粒子探测方面所采用的半导体望远镜测量法、电场加速法、磁偏转法等方法，分析了它们各自的优缺点。就制约能量粒子探测技术发展的关键因素进行了讨论。并以此为基础，结合我国实际情况提出了一种新的探测方法。     

着陆小行星的滑模变结构控制

针对由于目标小行星的各种物理参数和运动信息不能精确获取而导致着陆小行星的动力学方程中存在不确定项这一问题，设计了一种基于滑模变结构的软着陆小行星的制导控制方案。在考虑安全软着陆约束条件下规划了标称着陆轨迹；通过滑模变结构控制方法设计制导控制律，实现对理想标称轨迹的鲁棒跟踪，从而保证成功着陆小行星；最后通过计算机仿真验证了方案的可行性。     

The putative mechanical strength of comet surface material applied to landing on a comet

The comet lander PHILAE (part of the ESA mission ROSETTA) is going to touch down on comet 67P/Churyumov–Gerasimenko in 2014. Landing dynamics depend on the mechanical strength of the surface material: in an extremely soft material, the lander (100 kg, 1 m/s touch-down velocity) may sink in too deep for successful operation while on a very hard surface the probability for bouncing and overturning increases. It is shown that direct knowledge on the strength of cometary surface material is very limited. In our view, even the Deep Impact experiment could not provide a reliable value of the mechanical strength of comet Tempel 1. We discuss the definition of “strength” and revise the ideas on cometary surface strength and theories that describe the low-velocity (≈1 m/s) impact of blunt bodies into dust-rich, fluffy cometary materials. Available direct and indirect measurements and data are critically reviewed. Lessons learnt from laboratory measurements to verify our equations of motion are presented as well. Conclusions for Philae are drawn: most likely, the soft landing will lead to a typical penetration of the lander's feet of up to 20 cm.     

基于GPU的高光谱遥感图像PPI并行优化

传统高光谱遥感信息处理算法的执行效率较低,无法满足海量遥感数据的实时处理需求。文章对基于图形处理器（graphic processing unit,GPU）的高光谱遥感信息处理并行优化方法进行了研究,针对高光谱遥感图像混合像元分解中广泛使用的纯净像元指数算法,提出了一种基于矩阵乘法的GPU并行优化算法,并给出了实验比较和性能测试数据。实验表明,该优化方法在保证结果准确性的同时,运行效率显著提升,算法加速比最高达到634倍,验证了基于GPU的高光谱数据处理并行优化算法的有效性,能够较好地满足高光谱遥感信息实时处理的应用需求。     

遥感系列卫星在轨微振动测量与分析

在遥感系列卫星上装载了微振动环境测量系统并进行了在轨微振动环境测量。文章介绍了4颗遥感卫星的在轨微振动环境参数获取与分析。结果表明:星上各活动部件中主要的扰振源为反作用轮和辐射计/散射计转动机构;卫星稳定运行时的最大微振动量级约为57 mg,传递到光学敏感设备衰减度约为15%。     

基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态高精度高带宽测量方法

针对航天器姿态测量精度和带宽之间相互制约问题,提出一种基于磁悬浮陀螺的航天器姿态高精度、高带宽测量方法。根据刚体动力学和坐标变换原理建立磁悬浮转子径向转动合外力矩模型。在框架静止条件下,通过实时检测磁悬浮控制力矩陀螺（MSCMG）中的磁轴承电流、磁悬浮转子位移,计算出磁悬浮转子径向转动所受合外力矩以及磁悬浮转子径向偏转信息,间接得到航天器运动对磁悬浮转子径向转动作用力矩,进而求出航天器单轴姿态角速度和姿态角加速度。不同带宽下的仿真结果表明,本测量方法能同时检测出航天器单方向的姿态角速度和角加速度,并且满足高精度高带宽要求。     

Novel orbits of Mercury,Venus and Mars enabled using low-thrust propulsion

Exploration of the inner planets of the Solar System is vital to significantly enhance the understanding of the formulation of the Earth and other planets. This paper therefore considers the development of novel orbits of Mars, Mercury and Venus to enhance the opportunities for remote sensing of these planets. Continuous acceleration is used to extend the critical inclination of highly elliptical orbits at each planet and is shown to require modest thrust magnitudes. This paper also presents the extension of existing sun-synchronous orbits around Mars. However, unlike Earth and Mars, natural sun-synchronous orbits do not exist at Mercury or Venus. This research therefore also uses continuous acceleration to enable circular and elliptical sun-synchronous orbits, by ensuring that the orbit's nodal precession rate matches the planets mean orbital rate around the Sun, such that the lighting along the ground-track remains approximately constant over the mission duration. This property is useful both in terms of spacecraft design, due to the constant thermal conditions, and for comparison of images. Considerably high thrust levels are however required to enable these orbits, which are prohibitively high for orbits with inclinations around 90°. These orbits therefore require some development in electric propulsion systems before becoming feasible.     

一种变化检测的新算法

变化检测技术是遥感图像应用中的关键技术之一。在分析变化检测算法的基础上，提出了一种新的变化检测算法，该算法主要由三步组成：差图像的优化获取、变化区域的准确检测、目标阴影的修正。仿真结果表明了本文所提算法对变化目标的检测准确可靠，且对背景有较强的鲁棒性。