载人登月舱下降发动机技术研究

通过对国内外登月舱下降发动机的研究历史及最新进展的综合分析,提出了我国登月舱下降发动机初步方案:挤压式系统方案,重点考虑N₂O₄/MMH组合,也可以考虑LOX/煤油组合;泵压式系统方案,重点开展LOX/LCH₄膨胀循环变推力发动机技术研究。开展载人登月舱下降发动机的技术研究将对我国月球探测、火星探测等工程提供坚实的技术保障。     

载人月面着陆地形障碍探测与规避方案研究

月面地形障碍是影响载人着陆安全的关键因素之一,可能引起着陆器倾斜、结构损坏甚至倾覆。载人月面着陆除在总体任务规划时要选取平坦安全的着陆区外,还要进行实时在线的地形探测和障碍规避。文章对“阿波罗”计划和“星座”计划中的月面着陆飞行方案和飞行器进行调研,分析了载人月面着陆避障的任务要求和技术特点;结合着陆飞行任务,提出考虑避障的飞行方案,分为高速运动中的粗避障和接近悬停后的精避障两个阶段;考虑月面着陆飞行状态以及光照、月尘等外部环境,设计载人月面着陆时由激光高度计、多普勒激光雷达以及闪光激光雷达组成避障敏感器系统;提出载人避障机动方案,采用接近段中制导目标调整、机动段六自由度控制以及缓速下降段滚动姿态机动等方法,并引入了航天员目测以检查月面地形障碍、选择月面着陆点以及手控进行终端避障机动控制。     

国外新一代载人飞船减速着陆技术研究

新一代的载人飞船向着多功能化、多任务目标适应性的方向发展,可重复使用性和精确着陆的要求逐步提高。文章介绍了美国多用途乘员飞行器(MPCV)、乘员航天运输-100飞船(CST-100)、龙(Dragon)飞船,以及俄罗斯新型载人航天运输系统(PPTS)等典型的新一代载人飞船的减速着陆技术;主要研究了降落伞系统、减速着陆工作程序及着陆缓冲系统;分析了在气动减速和着陆缓冲方面采用的群伞技术、着陆缓冲技术、精确着陆控制技术;提出我国在新一代载人飞船研制时应大力开展群伞系统、大载重着陆缓冲系统的研制,并进行减速与着陆缓冲系统地面试验和空投试验技术的研究。     

月面定点着陆变轨策略研究

在调研已有文献经验的基础上,考虑我国开展月球探测任务中实现月面定点着陆的设计约束的特殊性,对圈次调整、调相和轨道面调整等不同定点着陆变轨策略进行了比较分析,结果表明:月球探测任务中月面定点着陆的轨道设计需要考虑两个关键因素,即采用一个2对2的瞄准机动来达到理想的动力下降起始点高度和着陆点纬度,另外,还需要实施轨道平面调整机动来取得理想的着陆点经度,这个机动可以和近月制动或降轨变轨结合起来实施。     

载人飞船返回舱再入着陆力学环境防护技术改进

文章对弹道-升力式载人飞船返回舱再入着陆力学环境及其乘员和舱载仪器设备的防护措施进行了理论分析和试验研究。适当的返回舱座椅安装角度有利于乘员承受再入过载。座椅缓冲系统是吸收着陆冲击能量、保护乘员最重要的环节,发挥返回舱结构缓冲吸能作用也是改善着陆冲击环境的有效措施。合理设计返回舱设备布局和安装形式可保护舱载设备免受着陆冲击损坏。防护措施的改进可有效保护乘员免受伤害,保证舱载仪器设备正常工作。     

星球着陆下降发动机及我国登月下降发动机设想

星球着陆下降发动机探测器在外星上进行软着陆时起着关键的作用，目前我国还没有进行软着陆的成熟的发动机，对比较典型的月球和火星着陆下降发动机的特点和种类进行总结，提出了我国着陆下降发动机的方案设想，为我国着陆下降发动机的研制提供技术支持。     

载人月球探测月面活动发展设想

载人月球探测是浩大的系统工程,组成复杂,关键技术多,研制周期长,经费投入高,任务风险大.月面活动是载人月球探测任务体现能力、保障安全、提升效益的重要组成部分,必须回答"为什么""去哪里""怎么干"等问题.本文从国内外月球探测历程出发,结合当今世界月球探测领域趋势与局势,从月球战略布局、月球科学内涵开展分析.针对月面驻留...     

月面着陆多尺度边缘光流特征提取与跟踪方法

针对月面着陆器动力下降过程中,基于描述子的传统视觉特征提取和跟踪方法耗时长、误匹配率高等问题,提出一种采用边缘光流的多尺度特征提取与跟踪方法。首先通过构建序列图像金字塔和应用多级掩膜提取方法,改善了图像平面上特征点分布的均匀性;在此基础上,利用边缘直方图灰度差平方和(SSGD)滑窗搜索算法,将光流计算由二维迭代简化为一维匹配,大幅缩短了算法耗时;进一步利用多尺度边缘直方图迭代搜索算法在改善大尺度运动下特征跟踪鲁棒性的同时,将光流计算精度拓展至亚像素级。仿真结果表明,本方法计算耗时不超过描述子方法的50%,非大尺度运动下具有更高的稳定跟踪特征点数目,大尺度运动下相比描述子方法下降不超过15%,在跟踪效率和稳定性方面取得了较好的平衡。     

定时定点月面着陆全程轨道控制设计

针对定时定点月面着陆的目标要求,提出了全程轨道控制设计方法。进行了包括地月转移、近月制动、环月降轨和动力下降的全程轨道控制的分段设计和联合规划,实现在入轨轨道偏差条件下的定时定点月面着陆。分别构建了中途修正、近月制动、环月降轨三段轨道控制的规划变量和目标参数;根据轨道倾角建立了动力下降点与着陆点的匹配转换关系。设计了中途修正、近月制动、环月降轨、动力下降的全程轨道控制策略的联合规划。建立了着陆位置偏差与轨道倾角偏差、着陆时间偏差与轨道半长轴偏差的修正关系,修正设计了中途修正目标倾角和近月制动目标半长轴。仿真算例表明,在入轨偏差轨道条件下,保证了中途修正后的飞行轨道与标称轨道基本一致,实现了与标称状态基本一致的定时定点月面着陆。可应用于月球着陆、月球采样返回以及载人登月等实施月面定时定点着陆任务的轨道设计和控制实施。     

临近空间载人舱着陆动力学及影响因素分析

为满足临近空间载人舱着陆缓冲装置可重复使用以及多着陆工况下能提供较好缓冲性能的要求,提出一种以双腔油气缓冲器为主支柱,单腔油气缓冲器为辅助支柱的新型着陆缓冲系统。针对舱体着陆过程,建立了考虑地面弹塑性变形的联合仿真动力学模型;通过与单腿着陆冲击试验的对比分析验证了所建动力学模型的有效性。在此基础上,研究了水平着陆速度,着陆俯仰角以及地面摩擦系数三种初始着陆条件对临近空间载人舱着陆性能的影响。研究结果表明：降低水平着陆速度可有效减小舱体水平着陆过载及提高着陆稳定性能;水平或小俯仰角着陆可使主、辅支柱的受载分配更加合理;减小足垫与地面间摩擦力可降低舱体竖直过载并提高着陆稳定性能。     

载人登月返回再入有关问题初步研究

载人登月返回再入涉及到三体问题,且与近地轨道返回再入相比速度更大.因此再入方式的选择和再入弹道的设计涉及到飞行器的方案和再入返回的安全.通过对不同返回再入方式的对比分析,认为跳跃式再入是优选方案.再入点选择、再入过载、升阻比、再入航程、再入轨道倾角都是返回再入方案设计中需要考虑的问题,需结合工程实际进行深化论证,文章提...     

有人月球基地构建方案设想

有人月球基地的建设能将人类的活动区域扩展到月球,实现月球资源的深度开发和利用,服务于人类社会发展。中国开展月球基地建设,在技术上是空间站工程和载人登月工程的有效结合,也有利于其载人航天工程的可持续发展。文章针对有人月球基地的构建,将有人月球基地构建的基本途径分为刚性舱组装、柔性舱组装和月面建筑式三大类,并指出在月球基地发展的不同阶段构建途径的选择原则,再结合中国国情,提出了中国在有人月球基地发展初期的构建方案,最后对有人月球基地构建中的一些关键问题进行了分析总结。     

载人月球科研试验站建设规划及设想

进入21世纪以来,月球再次成为太空探索的焦点,许多国家提出各自的探月计划。区别于在美国60年前完成的阿波罗工程,未来月球探测的重点聚焦月球的长期建设与开发。如何充分利用当前的技术积累,在有限的运载能力和合理的发射运营成本条件下,建设载人月球科研试验站,实现月球极端环境下的长期运行是一个值得关注和研究的课题。结合当前国内外载人航天与探月工程发展情况,提出我国载人月球科研试验站人货分落、分段建设的规划设想。通过对安全性设计、乘组规模、环控生保需求、选址等展开分析,明确初步月球科研试验站建设需求,并提出满足2人长期月面驻留“2+1”构型月球科研试验站方案。     

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。     

基于双二体假设的载人登月中止轨道特性分析

中止能力是载人登月出现故障时保障航天员安全返回地球的基础。针对混合轨道的中止需求,建立直接中止、多脉冲中止和借助自由返回轨道中止等三种中止方式的轨道计算模型。利用该模型,主要分析了中止轨道在能量需求（用ΔV表征）和返回飞行时间等方面的特性。研究结果表明借助自由返回轨道中止所需能量只相当于最短返回时间直接中止的约1%~5%,但其返回飞行时间在初始段约为最短返回时间的7倍,并随地心距的增加而减小,直至与最短返回时间相当;多脉冲中止在能量需求和返回飞行时间方面均介于两者之间。仿真实例验证了三种中止轨道的有效性。     

月球着陆器精确定点及安全着陆技术研究

在未来月球探测中,需要对一些地形复杂的区域进行探测,而在这些区域软着陆,潜在的危险性增加,这就要求着陆时具有较高的定位精度并能够自动避险。当前,由于着陆时定点的误差较大,在小范围安全地域准确着陆很难。研究了一种精确定位、安全的软着陆方式,它在软着陆过程中增加了悬停阶段。在这一阶段中,通过着陆区危险地域的识别、着陆地点位置误差的计算,加上对着陆器横向漂移的控制技术,使着陆地点的精度以及着陆生存率大为提高,能够满足未来月球探测的软着陆要求。     

载人登月绕月自由返回轨道与窗口精确快速设计

针对载人登月任务背景及工程约束,提出一种轨道与窗口一体化设计方法。通过两次坐标转化,将自由返回轨道设计参数解耦为近月点独立变量。在双二体假设下,通过4段二体轨道拼接完成自由返回轨道初值快速搜索及匹配近地停泊轨道(LEO)面的月窗口,其结果作为下一步采用序列二次规划（SQP）迭代求解高精度动力学模型轨道参数的初值,在该条精确轨道近月点时刻90 min邻域内产生可以匹配LEO地月转移入轨相位的零窗口轨道。算例表明,该流程能够精确快速地完成具有复杂任务背景及苛刻工程要求的载人登月绕月自由返回轨道与窗口设计问题。     

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。     

载人飞船回收着陆半实物仿真系统关键技术研究

载人飞船回收着陆半实物仿真系统是通过模拟飞船返回压力环境,将回收程控装置硬件实物接入仿真回路的一个半实物仿真试验平台。文章简要介绍了该半实物仿真系统的结构,重点叙述了该半实物仿真系统中特有的负压高精度快速调节压力模拟、多通路指令信号处理、混合式网络、多阶段动力学仿真框架等关键技术。