嫦娥探测器轨道测定中的科学与技术问题

嫦娥探测器轨道测定技术既是成功完成工程任务的基础,也对月球科学研究起着重要作用。嫦娥探测器的轨道测定与地球航天器的轨道测定有诸多不同之处,本文介绍了绕月球探测与绕地球探测在测定轨技术方面的差异,并介绍了基于"嫦娥一号"、"嫦娥二号"月球探测器建立月面地形以及月球重力场模型的研究进展,最后分析了"嫦娥二号"平动点飞行试验以及小行星探测试验的测定轨能力。这些技术不仅在月球探测工程中起到关键作用,对我国后续深空探测也有很好的借鉴意义。     

嫦娥五号月球轨道交会导引策略设计

嫦娥五号任务实现了国际首次月球无人轨道交会对接，本文详细介绍了其最终飞控实施所采用的交会导引策略的设计模型、方法和工程实现考虑。讨论了嫦娥五号月球轨道交会任务的工程设计约束和关键参数的确定，提出了一种月球轨道交会的交班点确定方法。提出了一种新的四脉冲交会策略，通过引入径向变轨控制量，固定各次变轨点位置，解决了在月球背面测控遮挡约束下确保各次变轨全过程测控可见的工程难题。针对新四脉冲方案，采用近圆轨道偏差方程提出了一种新的初值求解方法，构造了基于微分修正的精确数值求解算法，并推导了求解所需的状态转移矩阵的解析表达形式。建立了测控约束下的交会导引约束优化模型，获得了测控约束下的最优能量解，并揭示了问题的全局特性规律。给出了所提出方法在嫦娥五号实际任务中的应用，验证了此方法的正确性。     

椭圆三体问题下月球L2低能逃逸轨道设计

针对圆形限制性三体问题下求解月球探测器逃逸轨道时,不能充分利用月球椭圆公转动力学特性节约逃逸能量的问题,对动力学模型进行拓展,在椭圆三体问题下建立月球探测器轨道动力学方程与能量表达式。首先通过理论推导,求解了探测器逃逸所需的发射能量与逃逸过程中的轨道能量随月地椭圆相对运动状态的数学表达式,对其进行分析发现,同一环月轨道上出发的逃逸探测器所需发射能量与地月距离呈正相关,而逃逸过程中探测器轨道能量变化与地月相向运动速度呈正相关,从而得出在月球接近其近地点过程中发射逃逸探测器可以最大限度节约发射能量的结论。在此基础上,引入庞加莱截面法设计探测器最低能量逃逸轨道。通过寻找使逃逸轨道所在不变流形的庞加莱截面收缩为一点的发射位置与能量,求解不同地月相位下的逃逸轨道能量需求,进而迭代求解能量最优逃逸轨道。最终,通过对比仿真结果得到,月球真近角为283°时发射逃逸探测器将最节约能量,与理论推导的结果相吻合。相对于圆形限制性三体问题下推导的最低逃逸能量,采用椭圆三体模型设计的低能量逃逸轨道可以节约8%左右的发射能量,对于深空探测等任务来说具有明显优势。     

月球重力场模型精度比较研究

从阶方差、谱域分析以及大地水准面自由空气重力异常3个方面分析了月球重力场模型LP150Q,LP165P与SGM150各自的特点及差异,研究结果表明,SGM150重力场在中高阶项上得到了明显改善,在远月面可以发现明显的重力异常正负交替的现象。另外,对"嫦娥二号"变轨试验期间的测轨数据进行了轨道解算和预报,比较不同重力场模型的精度影响,发现基于SGM150模型的解算结果优于基于LP150Q和LP165P的,在定轨弧段内有10m量级的精度提升,可用于高精度的月球探测器精密定轨。     

基于视觉的嫦娥四号探测器着陆点定位方法

针对探测器月球背面着陆点快速高精度定位问题,利用嫦娥四号探测器动力下降过程中的降落相机序列图像以及着陆区高精度地形图,提出了一种基于高精度图像匹配和几何变换的探测器着陆点高精度快速定位方法。考虑到嫦娥四号、三号任务在动力下降阶段的相似性,利用嫦娥三号降落相机相关数据进行了着陆点定位实验与精度验证。其中降落相机序列影像间的匹配精度达到子像素;降落相机变分辨率图像的拼接优于1个像素。该方法将降落相机序列图像进行拼接,有效扩大着陆区域范围,提高匹配成功率与计算效率,实时性较好,已应用于嫦娥四号探测器月面着陆定位。     

日本“月神”月球探测器

今年9月14日,日本"月神"(也被称为"辉夜姬")月球探测器发射升空,成为了亚洲探月的领跑者。与其他国家的单一月球探测器相比,"月神"最大的特点就是携带了两颗子卫星:甚长基线干涉测量无线电(VRAD)子卫星和中继子卫星。VRAD 子卫星主要用来协助主卫星绘制月球重力场分布图,通过使用多普勒测距仪来测量主卫星轨道随着下方月球表面密度波动而产生的变化。当主卫星在月球背     

嫦娥奔月新篇中国探月工程全景报道

11月26日,中国"嫦娥一号"月球卫星拍摄的第一张月面图像公诸于世,标志着中国探月工程取得了新的阶段性成果。本文对中国探月工程的启动背景、进展和前景进行了全面的介绍。     

我国发布迄今世界上分辨率最高的全月图

国防科工局2月6日发布＂嫦娥二号＂月球探测器获得的7m分辨率全月球影像图,比＂嫦娥一号＂全月图120m的分辨率提高了17倍,使我国成为世界上第一个发布分辨率优于7m全月球影像图的国家。这是我国探月工程取得的又一重大科技成果。 ＂嫦娥二号＂7m分辨率全月球影像图的数据处理和制图质量得到了严格、有效控制,影像图的空间分辨率、影像质量、镶嵌精度、数据一致性和完整性等优于国际同类产品。     

2010年度中国航空航天十大新闻

<正>1探月工程嫦娥二号任务圆满成功2010年10月1日,中国探月工程二期的技术先导星"嫦娥二号"从西昌卫星发射中心发射升空,开始了奔月之旅。11月8日上午,国防科技工业局首次公布了嫦娥二号     

基于中继测量的环月探测器定轨能力分析

嫦娥四号月球探测拟首次实现月球背面的软着陆,测控与数传依赖地月L2平动点的中继卫星,并有望获取四程测量与星间测量数据。对基于中继测量的环月探测器测定轨能力进行了仿真分析,结果表明,中继卫星可较好地实现环月探测器连续跟踪;在定轨能力方面,中继卫星自身轨道精度是制约环月探测器定轨精度的重要因素,当跟踪弧段达到5h以上时,定轨精度趋于稳定,但轨道精度较中继卫星的轨道精度相差1个量级;对于星间链路测量,除中继卫星自身的轨道精度外,星钟的稳定性是制约定轨精度的另一个重要因素,如果辅助以每天1h的地基跟踪亦可实现优于百m的定轨精度。     

“嫦娥二号”卫星成功实现对小行星4179的飞越探测

12月13日,"嫦娥二号"卫星飞离日地拉格朗日L2点195天后,成功飞抵距地球约700万km的深空,以10.73km/s的相对速度,与国际编号4179的图塔蒂斯(Toutatis)小行星由远及近擦身而过,首次实现中国对小行星的飞越探测,这也是我国第一次对月球轨道以外的天体尝试并成功实施探测,是中国空间探测史上具有重大科学意义的事件。交会时"嫦娥二号"星载监视相机对小行星进行了光学成像,     

月球重力场模型误差对CE-5T1探测器定轨的影响

利用嫦娥五号再入返回飞行试验拓展任务期间获取的探测器(CE-5T1)实测数据,采用内符合方法比较了3种重力场模型的实测数据定轨结果,发现采用GRAIL(Gravity Recovery And Interior Laboratory,重力恢复与内部实验室)重力场模型进行定轨的结果最优。相比于之前的嫦娥系列探测器定轨常用的LP(Lunar Prospector,月球勘探者)重力场模型,采用GRAIL重力场模型定轨后测距数据的残差降低了1个量级。进一步采用不同重力场模型进行轨道外推,定量分析重力场模型对不同类型轨道的影响,结果表明,对于倾角为90°的环月极轨道,不同重力场模型的轨道外推结果差异较小;而对于倾角为20°和40°的环月轨道,不同重力场模型的外推星历的偏差均方根可达到2km,大于当前环月探测器的定轨精度。为此,建议在后续探月任务中使用GRAIL重力场模型进行轨道确定。     

给“嫦娥一号”录像

在绕月探测工程的五大系统中,令人注目的就是嫦娥一号绕月探测卫星,因为它是中国第一个月球探测器,它将走近月球直接获取大量有价值信息,其能否正常工作关系到整个工程的成败,所以是整个工程里关键中的关键。与人造地球卫星相比,远离地球的空间探测器在通信、制导、电源等许多方面更为复杂,提出了不少新的挑战。     

中国首次月球探测工程第一幅月面图像

2007年11月26日发布中国首次月球探测工程第一幅月面图像是由嫦娥一号卫星上的 CCD 立体相机获得的。CCD 相机采用线阵推扫的方式获取图像,轨道高度约200千米,每一轨的月面幅宽60千米,像元     

奋进中的中国航天

近年来,中国航天取得了以载人航天为代表的一系列瞩目成就.明年,我国将发射"嫦娥"一号月球探测卫星,与后续月球探测计划和未来深空探测相配套的新一代大推力运载火箭的预研工作也在进行之中.<中国"十一五"空间科学规划>的制定则为未来的发展指明了方向.     

印度发射首个月球探测器

印度空间研究组织10月22日在距离印度南部城市钦奈90km的萨迪什·达万航天中心用一枚极轨卫星运载火箭（PSLV）将印度首个月球探测器——“月船1号”发射升空。“月船1号”将环绕月球飞行2年。     

月球卫星精密定轨

随着空间应用需求的日益增大,深空探测已成为现实,而月球显然是人类走向深空的首选目标。发射月球探测器通常分3个阶段,其运动状态分别对应3种不同类型的轨道:近地停泊轨道、地月转移轨道和绕月轨道。月球是1个慢自转天体且无大气,就轨道解而言这些因素导致环月卫星的运动与地球卫星有所差别。本文针对月球探测任务的特点,从月球与地球的差别入手,在仔细分析月球卫星的受力状况前提下,着重阐述月球探测器在环月段精密定轨的方法原理和具体实现过程。     

人类航天活动的基地 理想的太空观测站——月球探测的过去、现在和未来

美国、前苏联和日本向月球发射了86个探测器,美国的“阿波罗”11号首次实现载人登月后,又进行了5次载人登月飞行。人类最终目的是在月球表面建立可供人居住的长期基地和观察站,进行月球资源的开发     

印度探月计划进入倒计时

计划于2008年4月发射升空的印度第一颗小型无人绕月探测器“月球飞船1号”，目前正进行最后阶段的测试。这标志着印度的探月计划经过将近7年的准备，开始进入倒计时。     

保驾导航的地面测控系统

地面测控系统与嫦娥一号探月卫星关系紧密,它既是卫星的领航者,又是卫星的保护者,在嫦娥一号整个飞行期间,它起到了保驾导航的作用。地面测控系统负责运载火箭发射和嫦娥一号卫星整个飞行任务期间的轨道测量、遥测监视、遥控操作和飞行控制,以及嫦娥一号卫星探测应用期间的任务计划的实施与操作管理,并通过高精度的测定轨道,为地面应用系统科学探测数