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。     

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。     

嫦娥四号着陆器月面定时定点着陆轨道控制策略设计与实施

嫦娥四号着陆器的着陆区范围仅为嫦娥三号着陆区范围的5%。为满足在月球背面狭窄着陆区的高精度着陆需求,在嫦娥三号单层迭代的轨道控制策略基础上,提出了一种基于双层迭代的高精度定时定点月面软着陆轨道控制策略,以环月轨道倾角和环月半长轴为设计变量,设计了多发射窗口的定时定点着陆的标称轨道;再通过在近月制动及后续环月轨道控制中引入面外修正速度增量,逐次缩小轨道控制残差,解决了着陆区范围缩小带来的动力下降初始点的位置和时刻精确瞄准的需求。在轨着陆任务完成时,着陆器在动力下降初始点的落点经度预报偏差优于0.1°,落点时刻预报偏差小于1min,表明该轨道控制策略满足任务要求。     

嫦娥四号探测器推进系统设计特点与验证

嫦娥四号探测器推进系统在充分继承嫦娥三号探测器的技术方案基础上,在发动机精确控制和高精度变推力、轨道控制管路超压管理、月面高可靠推进剂钝化、气瓶在轨提高裕度和发动机量化极性测试方面进行了优化设计,并通过了地面试验和在轨飞行试验的充分验证。结果表明:嫦娥四号探测器推进系统完成了在轨飞行全部姿态控制和轨道控制任务,取得的发动机推力精确控制和高精度变推力等技术成果可应用于其他探测器。     

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。     

月球着陆器两相流体回路性能衰退分析与验证

针对嫦娥三号着陆器两相流体回路12个月球昼夜的寿命需求,开展了氨分解导致两相流体回路传热温差增量的分析和试验验证,结果表明寿命末期不凝气体引起传热温差增量不超过2.2 ℃,同位素核热源(RHU)向探测器的供热量减小0.6 W,设备温度整体降低0.6 ℃,对热控系统影响可忽略。根据在轨遥测,寿命周期内,两相流体回路工作在45 ℃~50 ℃时不凝气体引起的传热温差增量不超过1.5 ℃,与地面验证结果吻合较好;经历52个月球昼夜周期内,传热温差在3.5 ℃~4.7 ℃内波动,在轨工作良好。     

嫦娥四号中继星供配电分系统可靠性设计与验证

针对嫦娥四号中继星的轨道特点、在轨工作模式和任务要求,供配电分系统采用半调节母线拓扑结构和电源调节与配电控制一体化的方案实现了集成化、轻量化设计需求。重点识别了供配电分系统可靠性设计的关键要素,从供电可靠性、能源安全性和在轨能源管理等方面进行分析和设计,并进行了充分的地面专项验证试验。通过在轨多种工况考核和遥测数据分析可知,供配电分系统工作正常,满足设计要求。     

嫦娥四号探测器休眠唤醒控制设计与验证

针对月面环境等因素的影响,容量较小的嫦娥四号探测器蓄电池组无法满足月夜生存的需求。文章结合探测器开展月球探测的工作模式,分析其实施休眠唤醒在能源和温度两方面的约束条件,它们限制了探测器在轨休眠和唤醒的时刻。根据这些条件设计包括休眠控制系统和唤醒控制系统的休眠唤醒电路,解决了探测器月夜生存的需求。电路测试波形显示,该电路可成功实现探测器的休眠和唤醒。在轨验证结果表明,探测器多次实现休眠唤醒,在轨工作正常。     

嫦娥四号着陆器定向中继链路指向及盲捕策略

嫦娥四号任务中,着陆器通过定向中继链路,向鹊桥中继卫星发送数传数据。为了实现窄波束定向天线对中继卫星的实时指向控制,制定了嫦娥四号中继任务的定向中继链路指向控制策略。同时,针对由于窄波束天线指向误差、着陆器着陆姿态误差以及故障情况下无法获知自身位置、姿态等问题而导致的中继链路丢失问题,制定了中继链路盲捕策略。文章论述了策略制定的依据、分析过程及实现流程,对此策略在嫦娥四号在轨任务中的实际应用和验证进行了总结。     

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。