“阿波罗”15号：开车在月球“兜风”

2013年4月,第20届全球月球车大赛在美国太空和火箭中心拉开帷幕。持续举办了几十年的月球车大赛项目,在培养一代代热爱航天的学生的同时,也让月球探索之路更加大众化和科普化。不过,你是否知道月球车在月球上行驶是始于“阿波罗”15号登月任务呢？下面,我们就来听一听“阿波罗”15号航天员第一次在月球“开车兜风”的故事吧!     

“玉兔”月球之旅遐想

中国首辆月球车全球征名活动自2013年9月25日开始,共收到作品193087件。最后,在位列前三的玉兔号、探索号、揽月号中,得票649956张的玉兔号成功获得第一名,最终嫦娥三号的月球车以＂玉兔＂号命名。如今,这只名叫＂玉兔＂的月球车终于掀开了神秘的面纱,它将给我们带来什么惊喜呢？     

基于联邦卡尔曼滤波的月球车自主导航方法

月球车自主导航系统是其完成月球探测任务的基础和关键,因此针对月球车导航的特殊要求设计了一种基于天文导航与航位推算相结合的月球车自主导航方法.首先根据月球车运动模型建立了系统的状态方程,然后利用太阳敏感器测量的太阳高度和方位角为观测信息建立了天文子导航系统,以航位推算系统输出的航向角速率和月球车行进距离为观测信息建立了DR子导航系统,并采用了联邦卡尔曼滤波实现导航信息的最优估计和信息综合以增加导航系统的可靠性和容错能力.最后,通过计算机仿真证明该方法具有很好的位置和航向估计精度,同时该方法有效提高了月球车导航系统的可靠性和容错能力,是解决月球车自主导航问题的一种有效而实用的方法.     

一种新型复合构型月球车的越障特性分析

将轮式、腿关节式、履带式三种机构结合起来设计了一种月球车,此车对低重力条件下的月球表面实际环境具有良好的适应性。月球车在起伏不平的地表环境中具有独特的动态特性,通过对月球车障碍地形下的越障运动过程进行理论建模和数值仿真,进而建立虚拟样机模型进行动态仿真对比研究,分析了月球车的越障特性,验证了机构设计的有效性。     

我的一次太空“受挫”经历

浩淼的太空装点着无数人的梦，当航天员在太空遨游或漫步时，我们不禁去想象生活在太空是怎样一番情景，又是一种怎样的滋味呢？国际空间站第33期长期考察组指令长萨尼塔威廉姆斯（suniWilliams）值守国际空间站期间，与我们分享了一次“受挫”的太空出舱活动全过程。尽管数天后她和同事再次进行出舱活动时顺利完成了未完的任务，但那次出舱活动的失败以及为再次出舱的准备过程都更直观、更真实地向我们展示了航天员生活在太空中别样的酸甜苦辣!     

基于地球敏感器和加速度计的月球车自主定向算法研究

月球车定向是月球车导航的一个重要组成部分，它是月球车定位的基础和前提。针对这一问题，提出了一种适用于月球车长时间、长距离导航的绝对定向算法。该算法利用非线性最小二乘平差原理对CCD地球敏感器成像进行处理，实现了在月球表面CCD地球敏感器的矢量观测功能。结合加速度计的测角原理，实现了航向角确定。以理论分析和实际推算描述了该定向方法的具体实现过程，最后以仿真结果验证了该方案的可行性，为未来我国月球探测中月球车的实际应用提供了技术参考。     

行为控制月球车的虚拟主体避障技术

论述了基于行为代理体的月球车避障技术。由月球地形高程图得到当地水平面下二色障碍图及着色障碍图，利用月球车代理体在障碍图及着色障碍图中进行避障学习与控制，将获得的控制量投影到月球车体坐标系下得到真实地形上的控制量，达到避障控制与运动规划的目的。利用障碍入侵月球车安全线的径向距离作为避障控制器输入，并由月球车目标趋向行为及避障行为输出融合突现出趋向目标的避障行为。仿真结果表明基于代理体的避障控制器设计方法使运行于真实环境下月球车的避障具有很高的可靠性。     

嘉兴小学生与俄罗斯航天员“面对面”

“尊敬的航天员叔叔，我们是嘉兴市阳光小学的学生。我们想问一下，给我们写信的德米特里·康德拉吉耶夫航天员叔叔现在还在国际空间站吗？他现在好吗？，他什么时候还能给我们写信？”“尤里叔叔和马克西姆叔叔!你们是我们的偶像!你们什么时候也能来嘉兴，来我们阳光小学做客!”     

载人月球车移动系统综述及关键技术分析

以载人月球车的发展和相关技术为对象,首先对国外载人月球车移动系统的概念设计进行了系统的综述,对载人月球车各种概念设计的特点进行了比较和分析,探讨了载人月球车的设计趋势;其次以阿波罗载人月球车移动系统结构为例,分析其移动系统的主要构成作为借鉴;然后从机构学、地面力学及动力学等方面在载人月球车研究中的应用现状进行了综述;最后提出了载人月球车移动系统的关键技术,指明了当前亟需解决的关键技术及难点所在。     

基于模糊逻辑的月球车逆运动学求解方法

研究了月球车逆运动学问题，即在月面数字地形图、月球车水平面坐标和航向角给定时，实时估计6轮摇臂转向架式月球车质心高度、位形（configuration）和姿态中的俯仰角和横滚角的问题。分析了6轮摇臂转向架式（rocker-bogie）月球车运动学模型，提出使用模糊逻辑结合虚拟传感器快速实时求解月球车逆运动学问题的新方法。此方法在月球车三维仿真平台中得到验证。实验结果表明此方法求解速度小于1／40s，同时保证月球车车轮到地面的距离小于0．02m。     

典型的飞天训练生活

对正在为即将执行太空任务而进行训练的航天员来说，他的生活究竟是怎样的呢？这是我经常思考的一个问题，可至今都没有答案!     

月球车的视觉和自主导航系统

基于当前对于月球车、火星登陆机器人等的研究结果，介绍了月球车的视觉系统、控制方案和路径规划方法，并提出了对于月球车的控制方案的见解和路径规划的一些方法。     

基于天文与速度联合观测的月球车自主导航方法

月球车自主导航系统是其完成月球探测任务的基础和关键,因此针对月球导航的特殊要求设计了一种基于速度和天文联合观测的月球车自主导航方法.首先根据月球表面导航的特殊要求,依据惯性导航的基本原理建立了月球环境下惯性导航系统的姿态、速度和位置误差方程,然后针对月球车载的捷联惯导系统的特点建立了基于速度和天文联合观测的量测方程,由于建立的系统状态方程和量测方程均为线性方程,所以采用了Kalman滤波实现月球车位姿信息的最优估计.仿真结果表明该方法具有很好的位置和姿态估计精度,同时有效抑制了量测噪声对系统性能的影响,是解决月球车自主导航问题的一种有效而实用的方法.     

一种基于UPF的月球车自主天文导航方法

介绍了月球车自主天文导航原理和传统的迭代解析高度差方法，提出了一种基于月球车运动模型和UPF（Unscented粒子滤波）的自主天文导航新方法。该方法仅需利用由星敏感器和惯性测量单元测量得到的恒星的天体高度，结合月球车的运动模型，通过UPF滤波，即可获得高精度的月球车实时位置信息。计算机仿真结果表明该方法与传统方法相比，定位精度有了大幅提高，同时对几个关键的精度影响因素的仿真分析显示该方法可以有效的减弱量测噪声，星历误差等对系统性能的影响，使系统具有更高的适应能力。     

月球车润滑与密封技术综述

重点介绍月球车系统摩擦失效以及由此产生的润滑与密封问题。美国航空航天局(NASA)研究表明摩擦失效是限制月球车使用寿命的主要因素,月球车关键组件的发展离不开润滑与密封技术的支持。为保证月球车在其使用年限内正常工作,润滑与密封技术就成为发展月球车关键技术之一。     

谈谈软件的可靠性问题

长期的工作实践,使我们认识到:一个好的设计必须重视可靠性设计。可靠性理论在系统硬件和仪器设备的设计中已经取得可喜的成果。但是软件是否也存在可靠性问题呢?它与硬件可靠性是否有相同的规律呢?怎样使我们设计的软件更可靠呢?这些问题已愈来愈为广大软件设计者和管理者所关注,现根据作者所看到的资料和理解,作一简单介绍,供大家参     

“中华牌”月球车制造完毕

2013年，由中国自行设计研制的“中华牌”月球车将乘坐“嫦娥三号”探月卫星“亲近”月球。目前，该月球车已制造完毕。在该月球车研制过程中，中国教育部以湖南大学为核心，以多个高校为支撑而成立的“深空探测中心”为此工程提供了不少的技术支持。     

太空课堂是怎样炼成的

我国第一场太空课完美呈现在国内8万所中小学和6000多万学生以及无数观众面前。不过在享受太空课堂的精彩的同时，我们是否了解这神奇的太空课堂是怎样炼成的吗？实际上这堂太空课，不仅太空课题经由全国很多专家的论证，太空实验也是全国范围的实验海选的结果。更有教具的选择，航天员艰苦的训练，以及地面支持系统和航天各系统的全力支持。     

宇宙十大趣星

在美国好莱坞，明星的价值是以他们的票房号召力、他们扮演的角色和影迷们的选票来衡量的。但在天文学中，我们怎么评选宇宙中最炙手可热的恒星呢？一颗恒星要有怎样惊艳的表现，才能赢得我们的敬畏和赞赏呢？有些恒星周围存在着可能孕育生命的行星；另一些恒星能够帮助我们了解太阳系的起源；还有一些恒星周围有非常奇特的行星。     

一种双层框架型腿式月球探测车方案

月球车的设计,就行进方式而言,多以轮式车为主。考虑到国外已有的车型及相关研究也多以轮式车为先,这里提出了一种双层框架型腿式车的设计方案,它兼具腿式车和轮式车的优点。文章建立了该型车的三维模型,并利用虚拟样机技术,构建起月球车的动力学仿真环境,并进行了控制算法和步态的设计,通过联合仿真,完成了此车的初步方案设计工作。