创新驱动奔月梦想——中国航天科技集团公司六院嫦娥三号变推力发动机研制侧记

举世关注的嫦娥三号是探月工程二期的关键任务,我国首次突破了月球软着陆、月面巡视勘察、月面生存等关键技术,实现了我国首次对地外天体软着陆,树立了我国月球探测和航天事业的又一里程碑。     

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。     

一种综合式载人月球基地总体方案及建造规划设想

构建载人月球基地是实现对月球资源深度开发和利用的重要手段之一,文章提出了刚性舱、刚性＋柔性结构以及建造式等三种典型结构的载人月球基地方案,并对三种典型方案的优缺点进行对比分析,在此基础上提出了一种综合式载人月球基地方案设想,基地内部主体创新性地采用充气式柔性连接的方式,外部主体包括月壤防护层、植物密封舱和应急救生飞船,活动系统包括月球车和月球机器人。围绕该方案并结合文章提出的载人月球基地主要技术指标,并对载人月球基地选址、结构设计和构建、空间辐射防护、热管理、能源、通信与导航、生命保障和应急救生技术等关键技术方案进行了分析,为中国未来建设载人月球基地提供了参考。     

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。     

美新型月球概念车进行沙漠测试

2007年9月中旬，美国NASA“沙漠RATS”小组在亚利桑那州的一处沙漠中测试“侦察兵”新型月球概念车。测试地点与未来要登陆的月球表面地形十分相似，以便检测月球车、遥控机器人和探月航天员的新式宇航服等样品，模拟未来航天员在月球上活动中各种设施的使用功能。航天工程专家尝试未来修建月球基地的“人机配合”活动，由航天员利用机器人和月球车进行月球基地选址勘测，铺设太阳能电池阵和电缆等。美国按照“重返月球”计划，最早将于2020年运送航天员重登月球，为探索火星和宇宙空间建立永久基地。     

月亮女神探月计划及对我国月球与深空探测的思考

日本月亮女神月球探测器在顺利完成各项探测任务后,于北京时间2009年6月11日受控落月.该探月计划在一箭三星组网探测月球背面重力场、有效载荷创新设计、科研活动组织、成果产出、公众参与和科普宣传等方面有许多亮点,对我国探月工程有重要参考价值.文章综合回顾、分析和评述了月亮女神探月计划的任务、探测器、轨道与飞控、重要事件等...     

有人月球基地构型及构建过程的设想

与传统航天器设计不同,有人月球基地涉及构型与构建、能源、月面移动、资源利用等诸多方面。文章在对国外有人月球基地不同构型对比分析的基础上,提出了我国有人月球基地方案设想,包括刚性舱构型、刚性+柔性舱构型、建造式构型和综合式有人月球基地方案,并进一步提出了有人月球基地构建过程设想,可为我国未来有人月球基地建设提供参考。     

序言

航天工业,历来被认为是一个国家综合国力、高科技实力的象征和体现,是提升国防安全的伟大事业.近年来,中国航天先后圆满完成载人航天、北斗导航、高分辨率对地观测、无人月球探测、深空探测、新一代运载火箭等多项工程任务,实现了我国进入空间和利用空间能力的重大突破.     

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。     

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。     

月球探测工程中的月球环境问题

文章介绍了月球环境和国外两个典型月球探测器的环境试验。在月球环境对探测器的影响分析基础上,根据我国月球探测工程的需求,提出了有关环境问题研究的一些考虑。     

考虑月球扁率修正的月球卫星自主导航

针对月球扁率对月球紫外敏感器的月心方向矢量确定的不利影响,研究了月球紫外敏感器的测量原理和敏感到月平边缘时满足的几何约束,提出了一种考虑月球扁率的月心矢量确定方法。并进一步的结合地球敏感器和太阳敏感器的测量信息,研究了基于日地月方位信息的月球卫星自主轨道算法,并评估了月球方位确定算法对导航精度的影响。仿真结果表明,在太阳敏感器、地球敏感器和月球敏感器的精度分别为0.02°(3σ)、 0.05°(3σ) 和0.1°(3σ)的假设下,考虑月球扁率修正的月球卫星的自主导航位置精度能达到300m(3σ),导航速度误差能达到0.6m/s(3σ), 从而保证了环月卫星的导航精度。     

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。     

月食过程月表太阳辐照和温度变化模拟

月食对月球轨道探测器的温度有重要的影响,分析月食时月表的太阳辐照和温度,具有重要意义。文章给出了通用的月表温度模型和月食时月表太阳辐照模型,根据某次月食的天文参数,用太阳辐照模型可求出月表任一点在月食时的太阳直接辐照变化过程,代入温度模型可求出任一点的温度变化过程。此模型和方法可用于对任何一次月食的分析,并以2007年8月28日的月食为例,模拟了该次月食的表面太阳直接辐照和温度的变化过程。     

月球着陆器有效载荷着陆冲击响应分析

针对传统月球着陆器着陆冲击分析方法未能准确考虑结构柔性对有效载荷着陆冲击响应影响的缺点,提出了一种基于非线性瞬态动力学的着陆器有效载荷着陆冲击响应分析方法。以某型月球着陆器为对象,取其搭载的月球车为研究的有效载荷,建立月球着陆器着陆冲击非线性有限元分析模型。通过分析结果与试验结果对比,验证了模型及方法;进而分析了3种工况下月球车的着陆冲击响应,并研究了着陆器机体及着陆腿结构柔性对其着陆冲击响应的影响。研究结果表明：该方法较之传统着陆冲击分析方法可更为准确的分析有效载荷的着陆冲击响应;着陆器机体和着陆腿结构弹性均能起到减缓月球车着陆冲击响应的作用,其减缓效果分别为0.54g和0.52g,而二者共同作用的减缓效果更是达到了1.54g;着陆腿弹性对所有有效载荷的着陆冲击响应均有减缓作用,但机体结构柔性的减缓作用对其他有效载荷是否适用则需进行有针对性的分析。
     

紫外月球敏感器的几个关键问题

论述了紫外月球敏感器的由来和功能,从基本原理、消杂光设计、能量 与孔径选择、月像处理和姿态提取算法、超大视场消杂光等关键问题的解决进行 了阐述,并得出结论。     

Lunar base development missions

On 20 July 1969, humankind first set foot on our Moon. Since then we have developed the Space Shuttle, explored most of the planets, cooperated in the development of the International Space Station, and expanded our knowledge of the universe through use of systems such as the Hubble Space Telescope and the Mars Pathfinder. After just five human follow-on missions to our Moon, we have returned robotically only twice to orbit, to map the surface and explore for resources.

The indication of the presence of hydrogen concentration at the poles of our Moon found by Lunar Prospector has added a new perspective for groups studying and implementing future lunar missions. Plans for nearterm missions such as the European Space Agency (ESA) “Euromoon 2000”, the Japanese Lunar A and Selene, and the Mitsubishi ”Earthrise 2001” Project, along with follow-on phases to the Lunar Prospector, are the beginning of humankind's return to the Moon. Organizations such as the International Academy of Astronautics have long championed the “Case for an International Lunar Base,” and a vision of a commercially-based lunar program has been outlined by several groups. A Lunar Economic Development Authority (LEDA) promoted by the United Society in Space was promulgated by the filing of articles of incorporation in the state of Colorado on 4 August 1997. This non-profit corporation has as its goal the orderly development of the Moon, through issuance of bonds to international private citizens and business entities who care to invest in its long-term development.

This paper draws from the works of the aforementioned, and specifically from the International Academy of Astronautics Lunar Base Committee, to structure a series of architectures leading toward eventual international commercial colonization of the lunar surface. While the prospect of fully reusable transportation systems utilizing fully developed lunar resources to perpetuate the permanent lunar infrastructure is enticing, this is a goal. We must utilize our current and near-term capabilities to re-initiate human lunar presence, and then build on emerging technologies to strengthen our capabilities. Humankind's return to the Moon is a part of our destiny. We can return in the near future, and then proceed to a commercial, permanent settlement in the 21st century.     

月球探测器LP精密定轨及月球重力场模型解算

对美国1998年发射的月球探测器LP任务阶段共19个月的双程测距测速轨道跟踪数据进行了精密定轨,对定轨结果通过轨道残差及重复弧段差异进行了精度评价。利用LP正常任务阶段三个月的轨道跟踪数据进行了月球重力场模型解算,通过重力场功率谱、轨道残差和月球自由空气重力异常对解算模型进行了精度评价。结果表明精密定轨及月球重力场模型解算合理。对进一步融合嫦娥一号轨道跟踪数据和LP数据解算自主的高精度月球重力场模型具有参考意义。
　
     

高阶次月球重力场模型截断下的低轨环月卫星轨道受摄分析

研究低轨月球卫星在月球非球形摄动和地球第三体引力摄动作用下轨道高度变化问题.首先依据Kaula准则比较分析目前国际上公认的最精确的两个重力场模型GLGM-2和LP165P,提出了在一定阶次截断重力场模型的问题,然后通过仿真不同阶次重力场模型作用下轨道高度为50km的圆形极轨道环月卫星轨道特征的变化,验证了 50km以上高度卫星非球形摄动分析时可以将重力场模型截断至一定阶次的结论,并利用截断至70阶次的重力场模型仿真得到了50km和200km圆轨道卫星无控条件下正常运行的时间.最后在仿真地球引力对200km圆轨道卫星高度影响的基础E仿真其在月球非球形和地球引力摄动作用下轨道要素变化,对低轨环月卫星轨道保持控制提供依据.