嫦娥三号巡视器-着陆器释放分离过程关键力学问题分析

针对嫦娥三号探测器两器释放分离过程几个关键力学问题,给出两器释放分离过程的主要风险点与影响参数,应用ADAMS建立两器释放分离全过程仿真模型,开展了全过程动力学仿真与相关试验。分析得到可适应安全释放分离要求的着陆器最大着陆姿态边界与关键性能参数,为两器释放分离提供了理论支撑与依据。     

嫦娥三号巡视器及其技术特点分析

嫦娥三号巡视器是我国月球探测二期工程探测器系统的重要组成部分,实现了我国首次地外天体表面巡视勘察。文章介绍了嫦娥三号巡视器的系统组成、构型及分系统方案要点;分析了月面移动、自主导航与遥操作控制、月面生存、地面试验模拟和系统资源约束等5个方面的技术特点和难点;给出了移动装置和车轮参数优化设计,天地协同操作控制,大温变热设计和自主光照唤醒,月尘和低重力等月面特殊环境模拟,系统集成与设计优化等工程解决措施。     

“嫦娥三号”巡视器的最终状态管控实践

文章分析了“嫦娥三号”巡视器的特点,详细阐述了包括策划组织、要素分解、量化管控要求等在内的最终状态确认工作,并对这项工作进行了剖析、总结,可以作为其他航天器最终状态确认工作的参考。     

嫦娥四号巡视器遥操作地面支持系统设计

嫦娥四号巡视器由于其工作环境特点,在任务执行期间需要采用自主导航和地面遥操作控制相结合的工作方式,以确保巡视器的安全和工作效率。文章基于嫦娥四号巡视器的任务执行条件,开展了针对地面支持系统的总体架构和系统设计,并介绍了系统的实现方法。以在轨应用实例和完成既定的在轨支持任务两个方面,证明了该地面支持系统设计的正确性和有效性。     

嫦娥四号巡视器系统设计与验证

介绍了嫦娥四号巡视器的无法与地面直接通信、月面地形崎岖和遮挡等技术特点,论述了根据技术特点相应的总体方案设计,如相对嫦娥三号巡视器的设备调整、在轨问题的完善设计以及系统安全的操控设计,随后开展了中继双向捕获跟踪和信息传输可靠性验证、嫦娥三号巡视器在轨问题解决措施的系统级验证、巡视器驶离性能验证和月面移动性能验证等针对性测试项目,最后介绍了嫦娥四号巡视器在月面的工作情况,其至今在月面工作时间已超过寿命要求,系统可靠运行,性能稳定,说明总体方案合理可行,可为后续我国月球和火星巡视器的研制提供参考。     

利用着陆器立体视觉对月面巡视探测器定位

在月面巡视探测器漫游过程中,需要测量月面巡视探测器的位置和姿态信息,以使巡视探测器行驶在规划好的路径上,并确保其安全。定位系统可以采取多种方式。在文章中,利用着陆器立体视觉系统对月面巡视探测器定位方法进行了研究,它采用立体视觉测量技术以及彩色图像分割的方法,进行跟踪测量月面巡视探测器位姿信息,能够对惯导系统加里程计的定位方法进行修正,减小月面巡视探测器的计算工作量。在定位方法的研究中,采用彩色图像分割方法对月面巡视探测器进行识别,能够适应变光照条件,并且运算速度快,达到实时图像伺服控制的目的。通过月面巡视探测器上制作特征点及采用基于四边形约束的特征点匹配方法,提高了图像匹配概率。通过卡尔曼滤波技术,能够满足任意时刻的月面巡视探测器定位要求。     

嫦娥四号着陆器数据管理系统设计特点与验证

为了解决深空中继链路信道受限情况下复杂密集信息流的高效传输问题,嫦娥四号设计实现了多信道、多模式、多码速率、长短帧相结合的数据传输机制,通过优化组合,充分利用信道资源,满足了不同飞行阶段的数据传输需求。同时通过自主运行策略降低中继链路的使用风险,确保中继链路故障情况下关键事件、关键分系统的安全性与可靠性。通过嫦娥四号飞行试验,验证该设计合理有效,为未来深空数管的设计实现提供了直接而有力的技术支持。     

嫦娥四号着陆器测控通信系统设计与验证

嫦娥四号着陆器测控通信系统负责搭建着陆器与地面站、中继卫星之间的测控通信链路,是任务工程目标实现的关键组成部分之一。针对嫦娥四号着陆器任务对测控通信系统任务需求,提出系统方案,给出测控通信系统关键环节的设计方法、实现技术路径、地面验证和在轨工作结果,可为未来的深空探测任务测控通信系统的设计与验证提供参考。     

嫦娥四号着陆器构型优化设计与验证

采用多目标约束遍历优化方法,进行了以天线视场、指向等使用需求为目标,载荷的机、电、热、光等接口要求为约束条件,单机设备、结构舱板联合迭代布局的优化设计。针对质量资源紧张进行了以减重为目标的电缆网络最短路径优化设计,电缆质量减轻11.4kg,减轻比例达16.9%。进行对称布局优化调整,质心精度提高至0.1mm,配重比降低至0.1%。经过构型优化设计,满足了任务目标对探测器构型的需求,经过地面试验及在轨飞行,也验证了构型优化设计的正确性。     

嫦娥四号着陆器有效载荷任务设计与验证

嫦娥四号着陆器落月后载荷需进行初始状态建立,载荷初始状态建立过程与探测器两器分离过程交叉,对飞行程序设计提出了挑战。文章针对嫦娥四号有效载荷分系统与探测器总体设计,按照着陆器各载荷的任务要求,结合月面工作的约束条件,从系统的角度对载荷开展探测任务的内容、顺序和时机进行设计和优化,并按照设计的工作流程,开展了着陆区的就位探测,验证了任务设计的合理性和载荷技术状态的正确性,可为后续探测任务中载荷与探测器系统联合飞行程序设计提供参考。     

利用多普勒测量确定嫦娥四号着陆器精密定轨

针对嫦娥四号着陆器环月飞行阶段的轨道,开展基于多普勒测量数据的精密轨道计算与精度分析。首先给出了多普勒测量数据的精确观测建模方法。然后,从着陆器姿控力影响,重叠弧段轨道比较,以及独立轨道比较几个方面开展计算与分析,结果表明：姿控喷气会对探测器产生细微的加速度,对轨道计算产生20~50 m的影响;通过重叠弧段的比较,稳定飞行阶段多普勒数据独立解算轨道的精度优于30 m;与测距与VLBI测量联合解算轨道的比较,轨道之间的差异小于50 m。     

嫦娥三号卫星相机地形图像的彩色校正方法

针对嫦娥三号卫星着陆器有效载荷相机地形图像出现偏色问题,设计一种彩色定标与白平衡相结合的两步彩色校正方法。首先在D65标准光源下,针对相机彩色光谱响应与CIE标准色匹配函数偏差,利用24色彩色色标最小二乘平差获取相机彩色校正矩阵,提高校正矩阵对不同色彩图像的适应性;其次在模拟月面环境光照条件下,采用9阶中性色标最小二乘平差进行相机白平衡校正,改进传统单一色标白平衡校正系数泛化能力不足的缺点,有效降低月面环境光照条件对相机图像色彩影响。地面成像验证试验和在轨成像试验结果表明,两步法校正后相机成像色差明显降低,图像色彩与人眼所见更加一致。     

嫦娥三号月面巡视器机械臂就位探测规划

提出了一种基于SA *算法的嫦娥三号月面巡视器机械臂就位探测规划方法。建立了机械臂的正逆运动学模型,满足机械臂与环境不存在干涉的约束条件,并通过碰撞检测避免机械臂与环境和巡视器本体发生干涉;利用SA *算法在机械臂的工作空间进行搜索,在机械臂位形切换次数最少的优化条件下,实现了月面巡视器机械臂就位探测规划;通过月面巡视器在轨任务执行数据验证了基于SA *算法的月面巡视器机械臂就位探测任务的可行性。     

嫦娥二号探测器轨道确定与支持

针对嫦娥二号探测器直接进入地月转移轨道、距月面100km高度捕获月球、完成既定任务后飞往日地第二拉格朗日平动点等飞行轨道方面的新特点,分析了定轨预报策略,利用事后精密轨道,全面评估了关键变轨点定轨预报和变轨后快速定轨的精度,其中,近月制动前3h定轨预报至近月点的位置误差为1km,速度误差为 0.3m/s 。利用不同月球引力场模型进行环月轨道精密定轨,根据实测数据残差分析和精密星历比对的结果,采用SGM100h引力场模型的定轨残差均方根最大。此外,针对嫦娥二号扩展任务,分析了不同测轨条件下的定轨精度,测量数据残差分析结果表明,在扩展任务中途修正前的定轨弧段内,测距、时延和时延率数据的残差分别为5m,5ns和1ps/s。     

CE-4中继卫星使命轨道维持与动量轮卸载联合控制方法

针对嫦娥四号中继卫星动量轮频繁喷气卸载对其使命轨道Halo轨道的扰动问题,定性分析了卫星角动量累积规律和动量轮卸载对使命轨道构型的影响,给出了动量轮卸载前后角动量变化量与喷气卸载等效速度增量的关系,在角动量卸载预测的基础上,提出了一种使命轨道维持与动量轮卸载联合控制方法,通过偏置维持控制目标抵消控后动量轮卸载影响,达到延长轨道维持控制周期和节省推进剂的目的,给出了控制目标偏置量的求解方法。工程应用结果验证了方法的有效性。     

月面着陆器与巡视器同波束差分时延相对定位算法

针对月球着陆巡视探测活动中的月面着陆器与巡视器的相对定位问题,建立了月面双目标相对运动方程和状态方程,给出了同波束差分时延测量量关于双目标相对位置的测量方程,进而实现了基于统计估计方法解算双目标相对位置的算法。结合嫦娥三号探测器跟踪测量条件,利用该算法开展仿真分析。结果表明:在测量弧段达到5min以上、同波束干涉测量(SBI)时延仅有1ns随机误差的情况下,相对定位精度可达20m;测量数据存在3ns系统误差时,相对定位精度为200m,此时如果增加甚长基线干涉测量(VLBI)时延数据,可将相对定位精度提高到150m。利用嫦娥三号实测数据处理结果验证了此算法的正确性和仿真分析的有效性,可为合理制定月面双目标相对定位策略提供参考。     

基于角锥体原理的月面巡视探测器定位方法

为了获取月面巡视探测器在月球表面的相对位置信息,提出了一种基于角锥体原理的相对定位方法。此方法无需初始值,仅利用巡视探测器获取的包含着陆器目标的影像,就可以实现巡视探测器高精度定位。通过嫦娥二期工程试验,验证了该算法的有效性,可为月面巡视探测器开展科学考察任务所应用。     

基于脉冲子结构的探测器结构动力学优化设计

针对传统结构优化设计中,精细化模型求解复杂结构动响应过于耗时的问题,引入保精度、高效的脉冲子结构方法,提出一种考虑结构动力学响应的优化设计流程,并对月球探测器太阳翼结构进行优化分析,获得了太阳翼结构设计参数,有效地提高了太阳翼动力学特性指标,改善了月球探测器关键位置处的动力学环境。结果表明,脉冲子结构方法可以有效应用于航天器结构动力学优化设计,提高优化设计效率,所得优化结果对实际结构设计具有一定指导意义。