月球探测器软着陆机构展开过程的运动学分析

软着陆机构是月球探测器实现软着陆的关键部件。针对一种四腿式软着陆机构方案,论述了该软着陆机构展开的工作原理,分析了机构的奇异性,推导了机构不发生奇异的条件,建立了展开机构的运动学方程组,采用Newton-Raphson法求解了该非线性运动学方程组,获得了主支撑杆运动参数的变化规律。     

月球软着陆器动力学建模研究

建立准确、实用的月球着陆探测器动力学模型,是制导、导航和控制系统方案设计中的首要工作,文中月球软着陆探测器的推进剂贮箱采用横向对称分散布局的形式,并分析了布局方式对液体推进剂晃动的影响;将贮箱内液体考虑一阶弹簧质量模型,应用虚功率原理建立包含液体推进剂晃动的月球软着陆探测器从动力下降段至最终着陆段的动力学模型,并对动力学下降段进行了数值仿真,仿真结果可为月球软着陆探测器控制系统设计提供理论参考.     

月球软着陆动力下降制导控制技术综述与展望

未来的月球着陆任务将着力于开发月球资源、建立月球基地,这些都离不开月球软着陆技术的支持;而要实现探测器在预选点安全精确地着陆,就离不开动力下降制导控制技术的支持。本文系统地总结了两种成功的月球软着陆及其制导方式,对已有的制导控制方案及其研究进展进行了详细的阐述和对比分析。以未来的月球采样返回和月球基地任务为潜在工程目标,对下一代的月球软着陆动力下降的制导控制及其所涉及的关键科学技术问题进行了比较全面的分析和展望。     

月球软着陆动力学分析与仿真

以4腿式月球探测器为研究对象,分析了探测器的部件结构与物理属性、月球物理环境等综合因素.在探测器动力学研究中,提出了一种基于结构的分块参数化仿真方法,分析探测器着陆时的受力,建立着陆腿与足垫等关键部件的动力学模型,利用简化探测器结构,综合各部分模型.结合虚拟现实可视化仿真技术,实现月球软着陆过程仿真.通过仿真反映出月面坡度与着陆速度、刚度系数与阻尼系数等初始条件对软着陆效果的影响,验证方法的有效性.该方法已成功应用于登月工程研究.     

“嫦娥3号”月球软着陆工程中的关键技术

2013年12月14日,"嫦娥3号"月球探测器成功降落在月球北纬44.12°、西经19.51°的虹湾着陆区,巡视器与着陆器成功分离、转移并完成互拍,首次实现了中国航天器在地外天体软着陆与巡视勘察,使中国成为继美国和前苏联之后第三个成功实现月球软着陆的国家。在简述"嫦娥3号"月球软着陆工程研制历程的基础上,分析总结了工程研制中突破的主要关键技术。     

月球探测器推进系统展望

正推进系统作为月球探测器的关键分系统,为探测器在轨任务各阶段提供轨道机动的速度增量,为探测器姿态调整提供控制力矩,为月球软着陆时探测器悬停、避障和月球轨道交会对接提供所需的平移推力。推进系统能否正常、可靠地工作,对探测器任务的成败起到至关重要的作用。此外,推进系统性能的优劣决定了探测器     

嫦娥三号何处安家?

<正>实现着陆器在月球表面软着陆是嫦娥三号此行最为引人注目的一笔,实现这一目标的关键有三个:一是着陆器能否在月面上成功着陆,二是着陆器在哪里着陆,三是着陆器着陆后能否完成科学探测任务。让我们先来看看月球探测软着陆场选择需遵循哪些原则?科学家认为,为了完成月球软着陆探测任务,软着陆区域的选择应该既能满足科学探测的需要,又具有实现可行性。比如,选在月球的背面肯定是不行的,因为非常不便于与地面的通信联系。那么,中国选择探测器软着陆区应该遵循哪些原则呢?     

如何选择一个好落点？

随着嫦娥一号完美谢幕,月球探测计划"绕、落、回"三步走中的第二步便成了关注焦点,我国月球探测二期工程将实现探测器在月面上软着陆,最紧要问题是怎么选择落点呢?     

方兴未艾的月球车

<正>1月3日,我国嫦娥四号月球探测器实现了人类探测器首次在月球背面软着陆。此后,其中的玉兔二号月球车先后与着陆器分离,与鹊桥中继星成功建立独立数传链路,完成了环境感知、路径规划,并按计划在月面行走到达A点,开展科学探测,成为世界第一辆在月球背面运行的月球车人类对月球探测的科学内涵正在不断扩展,它包括月球的科学、月球上的科学和来自月球的科学三个方面。根     

探索月球“新大陆”——嫦娥四号月背着陆一周年回顾

正2020年1月3日是嫦娥四号探测器月背软着陆一周年纪念日。2019年1月3日,嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面的预选地区,并通过鹊桥中继星传回世界第一张近距离拍摄的月背影像图,揭开了古老月背的神秘面纱。嫦娥四号任务实现了人类探测器首次月背软着陆、首次月背与地球的中继通信,中国与多个国家和国际组织开展了具有重大意义的国际合作,开启了人类月球探测新篇章。2019年,"嫦娥四号"捷报频传,收获众多举世瞩目的科技成果,成为国际航天界的明星。     

基于进化策略的月球软着陆探测器轨道设计

应用进化策略和微分修正法建立了一套多约束、多目标条件下的月球软着陆轨道设计方法.根据中国发射场和火箭运载的实际情况,给出了软着陆轨道需要满足的过程约束及终端条件,提出了利用进化策略进行轨道初步设计,通过微分修正法对初步设计结果进行修正的软着陆轨道设计思路,并采用STK进行了仿真和结果验算.分析表明,基于进化策略的初步设计能够为微分修正提供良好的初值,保证了其收敛性.STK仿真结果验证了设计思路的有效性及结果的正确性.本文提出的方法能够为月球软着陆轨道设计提供参考.     

基于伪光谱方法月球软着陆轨道快速优化设计

根据软着陆轨道的特征和优化算法的特点,对探月器软着陆轨道状态方程进行合理的转化处理,使其更适合优化数值解法求解。在此基础上,使用伪光谱方法将软着陆轨道优化问题转为一个约束参数优化问题,然后采用乘子法处理约束条件,采用变尺度法求解处理后的参数优化问题,仿真结果表明此方法具有收敛速度快、对初始控制量不敏感、鲁棒性强的优点。     

月球着陆器悬停阶段相对自主导航方法

月球着陆器着陆阶段导航信息分析是实现安全软着陆月面的一个关键.针对悬停阶段导航信息的要求，根据月球着陆器携带的仪器设备及其获取月面信息的特点，利用激光测距仪和光学导航相机进行光学相对导航.首先建立相对导航坐标系；其次根据各个坐标系之间的关系确定各转换矩阵和导航信息，估算着陆器相对月面着陆点的位置和姿态；最后通过仿真实验对该方法进行验证.结果表明，将激光测距仪和光学导航相机在着陆悬停阶段获取的月面信息进行融合，能快速、精确进行相对位置、姿态计算；对我国下一步的探月有重要应用价值，并可应用于火星探测和其他小行星探测的软着陆的近距相对导航.     

月面无人自主采样返回任务动力下降点确定及验证

动力下降点确定是实施月面软着陆的重要环节，是多系统间复杂迭代的过程，涉及轨道设计、制导律设计、着陆目标的采样区确定、着陆及起飞安全分析。其设计结果直接影响了最终着陆点的位置和着陆过程的着陆安全，也间接影响采样安全和采样工程目标的实现结果。针对嫦娥五号在实施月面软着陆前确定动力下降点的任务需求，提出了通过多次轨道控制与最优标称制导轨迹搜索联合控制策略的动力下降点确定方法。首先，根据月面无人自主采样返回任务设计总结了动力下降点确定原理和约束条件；然后，详细论述了月面无人自主采样返回任务软着陆过程动力下降点确定方法；最后，通过嫦娥五号在着陆前主要的几次轨控实施结果分析了其对动力下降点的影响，同时综合了着陆区地形分析及着陆、起飞安全性分析，对动力下降点进行确定并根据最终在轨飞行结果进行验证。验证结果表明，基于“逐次逼近寻优方法”的月面软着陆环节动力下降点的确定方法有效，可以为后续地外天体软着陆等任务提供参考和借鉴。     

“嫦娥4号”月球背面软着陆任务设计

介绍了"嫦娥4号"月球背面软着陆任务设计方案。着陆区初步选定为月球背面南极–艾特肯(South PoleAitken,SPA)盆地内的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑内。采用中继星实现着陆器和巡视器的对地通信,并选择环绕地月拉格朗日L2点的halo轨道作为其使命轨道。采用CZ-4C火箭和CZ-3B火箭,分别完成中继星和着陆器–巡视器组合体的发射。两器一星上共配置了6台国内研制科学载荷和3台国际合作科学载荷,开展以低频射电天文观测、巡视区形貌、矿物组份及浅层结构为主的科学探测。此外,还搭载了2颗月球轨道编队飞行微卫星、月面微型生态圈和大孔径激光角反射镜,分别开展超长波天文干涉测量试验、月面生态系统试验和超过地月距离的激光测距试验。通过创新设计顶层任务,充分继承成熟技术和产品,增加中继通信功能模块,开放资源引入高性能载荷和搭载项目,将实现一次低成本、短周期、大开放、高效益的月球探测任务。     

CAS-1 lunar soil simulant

Lunar soil simulant is a geochemical reproduction of lunar regolith, and is needed for lunar science and engineering researches. This paper describes a new lunar soil simulant, CAS-1, prepared by the Chinese Academy of Sciences, to support lunar orbiter, soft-landing mission and sample return missions of China’s Lunar Exploration Program, which is scheduled for 2004–2020. Such simulants should match the samples returned from the Moon, all collected from the lunar regolith rather than outcrops. The average mineral and chemical composition of lunar soil sample returned from the Apollo 14 mission, which landed on the Fra Mauro Formation, is chosen as the model for the CAS-1 simulant. Source material for this simulant was a low-Ti basaltic scoria dated at 1600 years from the late Quaternary volcanic area in the Changbai Mountains of northeast China. The main minerals of this rock are pyroxene, olivine, and minor plagioclase, and about 20–40% modal glass. The scoria was analyzed by XRF and found to be chemically similar to Apollo 14 lunar sample 14163. It was crushed in an impact mill with a resulting median particle size 85.9 μm, similar to Apollo soils. Bulk density, shear resistance, complex permittivity, and reflectance spectra were also similar to Apollo 14 soil. We conclude that CAS-1 is an ideal lunar soil simulant for science and engineering research of future lunar exploration program.     

中国月球探测任务轨道确定技术及发展综述

月球探测器的轨道确定是完成月球探测任务的基础,在我国月球探测任务的引领下,在我国深空测控体系发展的同时,轨道确定技术也得到了快速的进步。从时空参考框架和动力学模型两个方面介绍了我国月球探测任务轨道确定技术的发展过程,基于时空参考框架的优化及动力学模型的改进,我国月球探测器的轨道确定能力及精度也不断提升,这对于当前及后续的月球探测任务都有很好的借鉴意义。     

月球垂直软着陆轨道初步设计

采用圆锥曲线拼接法，建立了月球垂直着陆的数学模型；推导了地月转移轨道和一些重要参数的初步设计和计算方法。通过仿真，给出了理想情况下和考虑推力大小时月球垂直着陆轨道运动特性。对运动特性的分析结果可为轨道初步设计提供一定的参考。