月球表面水冰探测进展

月球水冰探测对未来载人月球探测以及构建月球基地意义重大。在继＂克莱门汀＂（Clementine）、＂月球勘探者＂（Lunar Prospector）和＂智能一号＂（SMART-1）等月球探测器的探测后,美国的＂月球勘测轨道器＂（LRO）和＂月球环形山观测与遥感卫星＂（LCROSS）实施了月球极区永久阴影区撞击和观测,初步验证了水冰资源的存在。文章通过系统分析月球水冰的重要性、可能来源、探测历程和探测手段,初步提出我国开展月球水冰探测的载荷初步配置。     

美仪器在月球北极发现大量水冰

<正>NASA3月1日宣布,其搭载在印度"月船"1探测器上的一台雷达仪器在月球北极一些月坑的底部发现了数百万吨水冰。称为"迷你合成孔径雷达(SAR)"的这台仪器发现,有40多座直径2～15公里的月坑内存有水冰。NASA主管该仪器的计划官员称,     

月球极区着陆环境特性对比及探测建议

基于已有的月球探测数据,对月球极区和中低纬地区的环境差异,以及月球南极和北极的地形、坡度、光照、撞击坑分布等着陆探测相关环境进行了对比研究。结果显示:相比月球中低纬地区,极区地形起伏更大、平均温度更低;月球南极整体地形起伏和坡度比北极更大,着陆难度更高;月球南极的永久阴影区集中度更高,单个永久阴影区的面积更大,而永久阴影坑是赋存水冰的最佳位置,因此南极更易获得相关探测成果;月球南极的长期光照区范围要明显大于北极,可为探测器的能源需求提供更好的保障。文章综合以上研究成果认为,从探测目的和维持长期探测的需求角度出发,月球南极着陆环境优于北极和中低纬地区。     

月球水冰赋存形态分析及原位探测展望

月球上是否存在水冰一直是月球探测的热点问题。文章分析了20世纪90年代以来国外数次月球遥感探测任务获取的基于雷达、中子探测仪和光谱仪的水冰探测数据。结果表明,月球上很可能存在水冰,特别是在极区的永久阴影区内,水冰可能局部分散式地分布在表层至米量级深度的范围内。但现有的遥感探测结果各有其局限性,未来需开展着陆探测任务对月球水冰进行直接证认。文章对此进行展望,并指出原位探测面临的若干工程问题。     

月球(火星)中子(水冰)探测仪初步方案研究

中子（水冰）探测仪在月球、火星和太阳系其它天体的水冰存在和含量分布的探测中有重要应用。文章主要介绍了美国、俄罗斯等国在月球、火星水冰探测中的中子探测仪的使用情况和探测结果,以及搭载于奥德赛（Odyssey）火星探测器上的中子谱仪、高能中子探测仪和＂月球勘测轨道器＂（LRO）上的月球勘测中子探测仪、计划搭载于美国＂火星科学实验室＂（MSL）上的中子反射动能测量仪的主要原理。最后提出了我国的一种中子探测仪的初步方案设想。     

月球表面温度的数值模拟

通过月球天文计算,建立了以太阳辐射、月球辐射和太阳反照参与的月球表面辐射系统模型,并考虑了月球表面从周围通过导热传入的热量,从而可以模拟任意时刻不同经纬度坐标的月球表面温度.模拟结果表明,随着纬度升高,月球表面太阳辐射强度降低,月球表面的温度也随之降低.月面温度变化周期一般为约29天;受月球的黄赤夹角影响,在纬度为90°时,温度变化周期约为178天.建立的月球表面温度模型,与较缺稀的月球实测资料进行了比较,表明本模型可较准确的模拟任意时刻不同经纬度坐标的月球表面温度,为探月设备的热设计与热控制提供研究基础.     

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。     

月球探测器着陆冲击试验及关键技术研究

中国正在开展月球探测活动,下一步将发射月球着陆器并实现月面软着陆。为确保着陆器在月面着陆时的稳定性和可靠性,发射前需在地球表面进行着陆冲击试验。对会影响月球着陆器着陆性能的月貌和月壤进行了详细的叙述,以便在试验过程中进行相应环境特征的模拟。用图表详尽阐述了三种月球重力场模拟器的原理和装置,并对各自的优缺点进行了评述。根据试验模型的不同,将月球着陆器着陆冲击试验分为原尺寸试验（模拟的月球重力场下）和1/6模型试验（地球重力场下）两类,分别介绍了两类模型的结构以及试验模型与着陆器原型机之间缩放关系。分别给出了原尺寸试验和1/6模型试验的试验平台和试验步骤,以及初始试验参数的给定方法。根据试验研究的需要以及月球探测器在月球表面着陆时的真实情况,给出了在地球上进行着陆模式模拟的方法。研究表明两种试验结果之间有良好的一致性,但是这两种试验的花费很高,且对试验场地有较高的要求。再者,由于在试验中对月壤没有太好的模拟方法,试验数据与真实着陆时数据存在一定差异。     

月球表面次生伽马与中子辐射环境模拟研究

月球表面以银河宇宙射线（GCR）为主引发的次生伽马谱和次生中子谱表征月壤的元素组成以及水冰含量,对于下一阶段的月球探测与资源原位利用是值得研究的重要内容。文章通过蒙特卡罗方法简单模拟与分析银河宇宙射线环境下月球表面簇射的伽马与中子辐射环境,结果表明：月球次生伽马谱具有明显的氢（2.23 MeV）、铝（0.83 MeV）、钙（3.53 MeV）、氧（6.13 MeV）、硅（1.77 MeV）谱线特征,水含量对其影响不大,但在高水含量时氢的谱线更为明显;月球表面次生中子谱形与月壤中水冰含量密切相关,随水冰含量增加热中子通量下降,0.01 eV中子的通量在20%含水量时比不含水时下降了72%。建议在后期月球探测计划中使用小型、低功耗的中子/伽马复合探测器,实现我国首次原位月球伽马/中子辐射环境探测,为未来进一步勘探月球原位水资源、矿产资源积累反演的基线数据。     

月球探测器着陆冲击试验的地面支持设备设计

月球探测器着陆冲击试验是验证探测器着陆机构性能的重要手段,而着陆冲击模拟试验设备是实现冲击试验的必要条件。文章给出了冲击试验对试验设备的功能要求,并针对其中的技术难点进行了分析,提出了解决方案,介绍了试验设备的组成、主要功能、关键部件的设计等;通过对释放装置、单梁吊具的载荷试验,及着陆冲击试验系统的联合调试试验,验证了该着陆冲击模拟试验设备设计的合理性和可靠性。     

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。     

着陆器着陆缓冲性能试验方法研究

着陆缓冲机构是着陆器借以实现安全、稳定软着陆的一种重要装置。鉴于着陆初始条件的多样性,系统级缓冲性能需在有限的试验工况中进行充分验证。文章基于“阿波罗”登月舱3类相关试验方法,提出了一种无需额外设计和加工试验件,无需模拟其他重力场,在地球重力场下的全尺寸模型试验方法。在对各着陆初始条件大量组合工况的仿真结果统计分析后,给出了试验验证工况的确定原则;明确了试验实施过程中的质量配比原则、地球重力场对试验的影响、地貌特征模拟方法及试验测量参数与数据处理要求。该方法对于后续深空探测以及载人登月着陆缓冲机构综合缓冲性能的试验验证具有指导意义。     

航天器虚拟噪声试验系统方案设计

为提高航天器研制试验的可靠性及地面试验质量,正确评定试验条件,文章初步提出了虚拟噪声试验系统的设计方案及各分系统的虚拟仿真方法。系统利用VAOne及MATLAB作为软件开发平台,为卫星动力学试验提供复杂结构的试验仿真和预示,为试验设计提供技术依据。今后应进一步实现系统的机电耦合作用分析。     

月面巡视探测器外场试验方法

首先对以Apollo月球车、MER火星车为代表的国外巡视探测器的研制试验进行调研,对它们的外场试验目的、试验工况的设置、外场选址的技术考虑进行了分析总结,认为外场试验对巡视探测器工作过程、遥操作过程的综合验证具有重要的意义,在实现对巡视探测器移动、导航能力考核的同时,还可以验证地面系统,训练操作人员;然后结合月面巡视探测器的任务特点,对其外场试验的目的和内容、外场选址要求、试验工况等进行研究;最后介绍了外场试验方法及任务规划试验、过夜停靠点试验、短距离移动探测试验、任务过程综合演练等4类试验的结果。     

月面重力模拟系统恒拉力绳索的动力学研究

月面巡视器在未来探月工程中有非常重要的作用.月球重力场是影响月面巡视器运动性能的重要环境因素,需要对其进行地面模拟试验.文章基于绳索悬挂建立月面重力模拟系统,其关键是对恒拉力绳索进行建模和动力学分析.通过将绳索离散化为一系列集中质量的弹簧阻尼结构,得到多刚体系统来代替连续的弹性系统,用数值计算方法来研究绳索系统的动力学参数(如刚度和阻尼)对月面重力模拟系统的影响,来优化月面重力模拟系统.     

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。     

Recent advances in lunar base simulation

This article reports about the results of the latest computer runs of a lunar base simulation model. The lunar base consists of 20 facilities for lunar mining, processing and fabrication. The infrastructure includes solar and nuclear power plants, a central workshop, habitat and farm. Lunar products can be used for construction of solar power systems (SPS) or other spacecraft at several space locations. The simulation model evaluates the mass, energy and manpower flows between the elements of the system as well as system cost and cost of products on an annual basis for a given operational period. The 1983 standard model run over a fifty-years life cycle (beginning about the year 2000) was accomplished for a mean annual production volume of 78 180 Mg of hardware products for export resulting in average specific manufacturing cost of 8.4 $/kg and total annual cost of 1.25 billion dollars during the life cycle. The reference space transportation system uses LOX/LH₂ propulsion for which at the average 210 500 Mg LOX per year is produced on the moon. The sensitivity analysis indicates the importance of bootstrapping as well as the influence of market size, space transportation cost and specific resources demand on the mean lunar manufacturing cost. The option using lunar resources turns out to be quite attractive from the economical viewpoint. Systems analysis by this lunar base model and further trade-offs will be a useful tool to confirm this.     

月球表面土壤温度仿真分析

文章尝试对月表一定深度的土壤的温度变化状况进行模拟分析。首先简要介绍了月壤热物性的探测结果,针对月球表面具有一定深度的土壤层建立了土壤温度变化的一维数学控制方程,探讨了数值求解的方法,并根据月壤探测样本的文献对热物性参数进行了归纳。最后对5个着陆区进行了月壤温度计算和结果分析,以协助深空探测工作的开展。     

月球低重力模拟设备位姿测控系统优化设计

为巡视器地面行走验证试验专门研制了月球低重力模拟设备。在验证试验中需要对巡视器的位姿进行测量,针对这一需求,文章提出了基于双相机的非接触测量方案,同时研制了相应的位姿测控系统,对其硬件和软件进行了优化设计。利用该位姿测控系统开展了巡视器的位姿测量,有效解决了位姿测量和控制过程中的问题。经充分测试验证,系统满足巡视器地面行走验证试验的要求。     

The basic health care system for the lunar base crew

A plan of the health care system for the crew on the lunar base is described in this study. The health care system consists of two subsystems. The first is the daily health care system. The system contains health care menus, similar to those on Earth, and some biochemical and ordinary medical examinations. The second system is a periodic medical inspection for the crew's bones and the determination of natural radioisotopes in the body. These care systems are automatically treated with the examination and data filing. Usually these examinations are carried out without the presence of a medical doctor. Examinations and files of the whole results are controlled by a computer. The daily results of examinations are compared with data in the file. If any abnormal values are found in the results, an appropriate message is sent advising whether he must receive an in-depth examination by a medical doctor, or be reexamined by the same submenu. The automatic health care system also records transactions with the life support monitoring system.