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。     

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.     

月尘累积特性测量技术研究与应用

月尘是月球环境对月球探测器影响中的一个重要因素。文章针对月表的自然环境和月尘累积特性分布机理,开展对月尘累积特性的测量技术研究,提出了采用黏性石英晶体微量天平(SQCM)和太阳电池短路电流两种测量方法,分别测量月表自然悬浮月尘的累积特性和着陆月表时扬起的月尘量,并在此基础上设计了月尘测量系统。该测量系统包括SQCM探头、太阳电池探头和电控箱,地面标定试验结果验证了其设计的可行性。此测量系统成功应用于嫦娥三号月球探测任务中,并实现了月尘累积特性的在轨原位测量。     

嫦娥三号巡视器及其技术特点分析

嫦娥三号巡视器是我国月球探测二期工程探测器系统的重要组成部分,实现了我国首次地外天体表面巡视勘察。文章介绍了嫦娥三号巡视器的系统组成、构型及分系统方案要点;分析了月面移动、自主导航与遥操作控制、月面生存、地面试验模拟和系统资源约束等5个方面的技术特点和难点;给出了移动装置和车轮参数优化设计,天地协同操作控制,大温变热设计和自主光照唤醒,月尘和低重力等月面特殊环境模拟,系统集成与设计优化等工程解决措施。     

“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。     

月面设施原位建造技术的研究进展

月面设施原位制造技术是未来航天科技发展的热点技术之一。以美、欧为代表的航天强国及组织均开展了月球原位制造技术的研究,研制了原位制造设备,并开展了相应的地面工艺验证工作,积累了有价值的试验数据和技术参数。在充分调研及跟踪国内外月面设施原位建造最新成果的基础上,系统分析国内外月面设施原位建造技术的发展思路,为我国月球基地的建造提供参考,对我国的载人登月、月球基地等月球探测任务的实施具有重要意义。     

月面和近月空间环境及其影响

月球探测器所经历的月面和近月空间环境主要包括：月面低重力、月面温度、近月空间辐射、月壤、月尘、月面地形地貌、月面静电等。文章在对月面和近月空间环境研究的基础上,结合国外月球探测器在月球环境方面的研究成果,分析了我国月球探测器所经历的月面和近月空间环境特点及其影响效应,并提出相应的改进措施或必要的试验验证,可为月球探测器的研制提供参考。     

模拟月尘制备及其物理和力学性质研究

在地球上进行的大量与月尘力学性质和机械性质相关的试验研究中,通常采用模拟月尘代替真实月尘。本研究制备了一种适用于月球探测工程试验的模拟月尘,制备工序依次为原材料选取、颗粒粗加工、颗粒精加工、颗粒级配、颗粒混合及预处理。该模拟月尘的颗粒粒径分布、颗粒相对密度、干密度、孔隙比、内聚力和内摩擦角等物理和力学性能参数经分析与国外典型模拟月尘相关参数相近,证明其可应用于月球探测工程试验。     

月球探测器力学环境研究及试验条件制定

相对于传统航天器,月球探测器所经历的某些力学环境具有特殊性,需要有针对性地开展研究并进行相应的环境模拟试验。文章分析了月球探测器力学环境在不同飞行阶段中的特点,对比较特殊的着陆冲击环境和颠簸振动环境分别开展了重点研究,并提出了相应的环境模拟试验条件制定方法。对于着陆冲击环境,采用以加速度试验条件、正弦振动试验条件、随机振动试验条件和冲击试验条件分频段等效包络的方法制定试验条件;对于颠簸振动环境,采用道路模拟试验台模拟颠簸能量的方法制定试验条件。所提出的方法已成功应用于嫦娥三号和嫦娥五号月球探测器的研制过程中,并通过了嫦娥三号月球探测器实际飞行验证。     

地月空间发展的若干工程与技术问题

针对地月空间发展的关键工程与技术问题，从地月空间运输、月球和小天体资源、月面机器人、地月空间经济圈等角度开展了研究。地月空间运输分为天地往返、地月转移和月面升降等阶段，需要根据不同阶段的环境特征发展不同的飞行器、运输方式和重复使用方案，并考虑地球空间站与载人月球探测的一体化设计。地球静止轨道是理想的地月空间工业园区，月球空间的真空、低重力、低温以及充足太阳能等条件为发展磁悬浮、太空电梯、天钩等电气化运输提供了便利；面对严酷的月面环境和稀缺的人力资源，月面机器人将发挥先导性和主力军作用，用于基础设施建设、航天员陪伴与辅助、人机协作等。地月空间发展不仅仅是载人登月，而是以建立地月空间经济圈为目标，促使国家利益从地面、海洋延伸至地月空间，推动太空产业从围绕地球向围绕地月空间发展，加速人类社会由地球文明向太阳系文明迈进。     

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.     

模拟月尘对巡视器车轮轮轴材料的磨损试验研究

文章以CE-3巡视器车轮轮轴为研究对象,利用北京卫星环境工程研究所的月尘环境模拟器、摩擦磨损试验机以及自行研制的模拟月尘,对车轮轮轴主要材料进行了磨损试验研究。试验样品为轮轴常用的铝合金、聚四氟乙烯及轴承钢。文章分析了试验前后样品的表面形貌,采用测试系统获得了轮轴材料在不同试验条件下的摩擦系数曲线,采用电子天平测量了材料的质量损失;分析了真空、大气、有无月尘等试验条件以及材料本身在磨损试验中的效应。研究结果可为月面巡视器等月面应用设备的研制提供可借鉴的信息。     

再入参数调整对登月航天器返回再入特性的影响

首先分析了再入参数调整对登月航天器返回再入运动特性的影响;然后利用自主编制的仿真软件,对再入参数调整的影响进行了仿真分析;最后在深入分析仿真结果的基础上,研究了再入参数变化对航天器再入过载、航程、飞行时间及落点散布等的具体影响规律,为后继进一步开展载人月球飞行相关任务的分析设计提供了有益参考。     

软着陆验证试验中月面特性模拟方法

月面特性的模拟是月面软着陆验证试验的重要设计因素。文章结合探测器的设计状态和试验需求,论述了月面特性模拟的具体要求;基于月面地形统计分布规律,实现了月面原始形貌的模拟;通过高程剔除设计和模块化组合设计,实现了对多种典型月貌的快速模拟;最后通过月表反射特性的模拟,全面满足了试验要求,并取得了良好的试验效果。文中所述的模拟方法可为我国后续行星表面探测器及着陆技术的验证提供借鉴。     

月球样品自动封装技术的可行性探讨

月球样品自动封装技术是在月表环境下,实现样品容器自动开合、密封、锁紧的技术。我国的探月工程三期和国外的月球取样任务具有明显的技术区别,所以月球样品的封装也必须符合自身的技术特点。文章通过借鉴国外成功经验和我国探月技术的特点,提出了一种月球样品封装技术方案,并对该封装技术方案的实现进行了分析,同时还考虑了月球环境因素的影响。     

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。     

Towards a lunar base programme

When the requisite technology exists, the US political process will inevitably include lunar surface activities as a major space objective. This article examines a manned lunar base in terms of three distinct functions: the scientific investigation of the Moon and its environment; development of the capability to use lunar resources for beneficial purposes throughout the Earth-Moon systems; and conduct of R&D leading to a self-sufficient and self-supporting manned lunar base. Three scenarios are outlined with respect to each possible function.     

月球粉尘的研究现状

随着我国探月工程的开展,面临着月球粉尘危害性的问题,急需开展月球粉尘的研究。文章在调研的基础上,阐述了目前国外在月球粉尘方面的研究现状,主要是美国"阿波罗"计划中对月尘的特性、危害性、探测和防护方面的研究。