俄罗斯“月球-全球”和“月球-资源”探月任务

俄罗斯月球-全球-1着陆器将于2015年发射,主要目的是测试月球着陆器的软着陆技术。月球-全球-2轨道器计划于2016年发射,将先后在距月面500km、150km和50km的高度上飞行。2017年计划发射的月球-资源-1着陆器,将是搭载大量科学载荷和承担相应探测任务的月面科学研究站。与苏联时期所研制的月球车相比,分别在月球-资源-2和月球-资源-3着陆器上搭载的俄罗斯新一代月球车——月球车-3和月球车-4,将携带更加先进的科学仪器,能够精确分析采集样品的化学成分、光谱特征等。其运行模式包括行走、勘察、接近目标、接触目标和样品采集与分析,将对月球极区表面环境进行全面探测。结合对俄罗斯"月球-全球"和"月球-资源"探月任务的介绍,针对中国的探月计划提出如下建议:探月任务的实施,应以科学研究为主要目的,以建立月球基地为目标,借鉴国外探月技术,开展国际合作,为形成独立的月球科学体系打下坚实基础。     

深空样品密封技术综述

文章首先介绍了美国"阿波罗"计划中月球样品密封所使用的密封结构与材料,以及火星采样返回任务中对样品密封的技术方案和研究情况。然后,针对我国探月工程三期的样品密封要求,分析了多种密封材料和结构,包括铟银合金作为软金属用于刀口挤压的密封结构、自动钎焊密封装置和爆炸焊接密封装置;同时,简单地介绍了目前国内深空样品密封技术研究与试验工作。最后,针对上述密封结构和密封材料,结合我国探月工程的要求,提出了优化研究方向。这些跟踪研究结果可为我国深空样品密封技术的发展提供参考。     

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。     

采用视觉伺服的月球样品容器夹持控制方法

嫦娥五号探测器月面采样封装任务需利用采样机械臂及其末端执行机构夹持样品容器,为克服非结构化月面环境对机械臂控制造成的不可知影响,确保精确夹持样品容器,提出并设计了一种视觉伺服样品容器夹持的控制方法和系统。系统通过固定安装相机和"眼在手"相机协同获取机械臂末端执行机构以及样品容器特征,采用扩展卡尔曼滤波算法对机械臂末端执行机构位姿的控制参数进行估计,消除控制位姿的轨迹抖动,实现了对样品容器的精确夹持。最后,通过分析在轨月球样品容器被夹持过程的数据和图像,验证了该视觉伺服控制方法和系统设计正确有效。     

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。     

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。     

月球测图技术发展及其关键技术分析

首先针对国外有关测绘技术和方案,对国际月球探测测绘历程进行概括总结,并针对CCD立体观测、干涉雷达测量、扫描激光测绘等3种主要的测绘方案进行分析比较,继而提出适合我国月球探测目标的三维遥感测绘成像技术途径,并对月球探测器三维遥感数据的信息成像模型进行了分析和阐述,对数据表示、处理和存储进行论述;建议“采用组合CCD相机和成像光谱仪的月球三维遥感”作为我国环月遥感立体测绘的首选方案。     

月球表面热环境测量方案的研究

月面热环境探测是我国探月工程中的一项必要工作,具有重要的工程意义和科学意义。文章主要探讨月球表面热环境的测量技术方案,为研制一种技术性能先进并可在我国探月工程中搭载的月面热环境测量仪器作好必要的技术准备。这是一种兼顾工程需要与科学性的用于热测量的有效载荷,可实地获取月表热环境特性参数,既可为后续的月面活动提供可靠的热控设计依据,又可为月球的相关科学研究提供必要的基础数据。     

月球测绘学分类及应用展望

根据月球测绘的研究现状及发展趋势,对月球测绘学的概念进行了溯源与拓展。在分析月球测绘学与地球测绘学主要差异基础上,从传统测绘学科分类角度出发,综合考虑月球测绘学特殊性,重新梳理出月球测绘学主要学科专业分类,并详细介绍了每个学科专业的定义及国内外研究现状,给出了月球测绘学的五个主要应用领域及其应用展望。我国应尽早开展月球测绘理论与技术研究,形成完整的月球测绘学科体系,能够有力地促进我国空间科学技术的发展,保障后续探月工程的顺利实施。     

嫦娥二号卫星技术特点分析

嫦娥二号卫星是我国的第二颗月球探测器,作为探月工程二期的先导星进行飞行试验,并试验探月工程二期的部分关键技术,以深化月球科学探测。文章介绍了嫦娥二号卫星在轨道设计、高灵敏度X频段深空应答机等6方面的技术特点及解决措施。     

一种新型深空探测样品封装技术

对样品进行真空封装是深空探测取样及返回任务中的一项核心技术,它能够成功维持样品成分原态。文章提出了一种能够符合我国深空探测任务的样品封装技术,其封装机构由复合式开合机构及火工锁紧机构组成,是一种极低漏率、高可靠的多层金属真空密封容器。通过对这种复合式开合机构和火工锁紧机构的特性方程的推导,对多层金属真空密封的材料匹配等机理的分析,确认这种新型的样品封装技术的原理是正确和可行的。最后对原理样机的性能进行了验证,结果表明:封装机构的体积小、功耗低、可靠性高,样机的密封性能良好,设计具有创新性及工程实用性。     

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.     

月球表面及月壤内温度分布特征的数值模拟

文章建立了月表辐射与月壤内二维非稳态导热的耦合传热模型,采用控制容积法数值模拟月壤内的温度分布,主要研究了月表、月壤内温度的分布和变化规律及探测器对局部月表温度的影响。计算结果表明一昼夜期间月壤内存在明显的温差:浅层月壤处的昼夜温差较大且受纬度的影响明显;随着深度的增加,月壤昼夜温差降低并趋于稳定,且受纬度的影响较小。探测器的存在遮挡了月表接受的太阳辐射,导致其阴影区域内月表温度发生突变,新的平衡温度接近探测器底面温度,且受探测器驻留时间的影响较小;当探测器移开,月表温度又迅速恢复到原有的变化规律。     

月面巡视器围栏设计及热分析研究

文章首先对月面巡视器的基本构型及围栏的用途进行简要介绍,并通过热分析计算指出当前围栏设计的利弊。针对围栏所带来的月昼期间工作温度偏高的问题,提出了4种围栏构型方案,对这些方案进行了热分析研究和对比分析,从中选择出工程可行的最优方案,使得设备在月昼和月夜下的温度均满足设计指标要求。     

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。     

用于深层月壤采样返回的软质取心袋的设计与测试验证

月壤钻探采样技术尤其无人自主采样返回技术是我国探月工程的关键技术之一。文章提出了一种适于深层月壤钻探采样的取心机构,能够实现对月壤样品的原位包裹,以保持样品的层理特性信息。该机构选用Kevlar作为包裹样品用的软质取心袋材料,采用满足要求的编织工艺织造出致密薄壁的软袋,并对软袋进行了翻转抽拉力、力学性能及涂层测试分析等测试试验,验证其可满足深层月壤钻探采样任务的需求。     

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。     

月表地形环境对着陆器热控系统的影响分析

月球着陆器着陆月表之后的外热流环境与地球轨道卫星外热流环境的最大区别在于月表红外热流的影响.分析月表地形特征是确定月表红外热流影响范围的基础.文章根据调研分析选择了月海地区可能存在的平坦月表、斜坡、石块和撞击坑4种典型地形特征以及月表的热物性参数,并通过计算分析得出了月表地形对着陆器热控系统的一些影响规律--其中平坦月表和斜坡的影响最大,石块和小型撞击坑的影响可以忽略,大型撞击坑可以等效为斜坡的影响.     

面向载人月球探测的月面环境模拟试验关键技术分析

文章针对未来有人参与的月球探测任务,首先开展了月球表面环境地面模拟试验验证需求分析,归纳总结了国内外技术发展现状。然后,提出并分析了载人月球探测地面模拟试验需重点研究的关键技术:真空热环境下月面移动式多体低重力模拟技术;复杂月面环境高精度热流模拟技术;大容量布尘条件下超高真空获得与保持技术;月面辐射与月尘环境模拟技术;月尘防护效能量化评估技术;月面综合环境试验验证技术等。最后,给出了面向载人月球探测的月面环境模拟试验技术研究总体方案,并对月面环境模拟试验技术的发展目标进行了展望。