深空探测着陆器数字化设计及着陆性能影响因素

以对称分布四腿悬架式月球着陆器为研究对象,建立了着陆器软着陆过程六自由度动力学模型并改进了月壤摩擦系数模型;在以上动力学模型基础上,以月球着陆器为例编制了着陆器软着陆六自由度动力学分析程序,利用该程序分析了探测器全机月面软着陆性能,重点研究了动力学模型中的月面等效弹性系数、月面摩擦系数和月面倾斜角度等参数对探测器着陆性能的影响。研究表明上述影响因素对着陆器着陆缓冲性能影响显著,通过对以上参数的合理选择可以有效缓解月球探测器月面软着陆的着陆冲击过载。     

月面低空飞行器着陆缓冲机构设计与仿真分析

针对月面低空飞行器要求兼顾着陆和越障缓冲的需求,将月球车轮式移动机构与磁流变缓冲器结合,设计了一种可重复使用的新型着陆缓冲机构。建立了飞行器整机动力学仿真模型,对月面着陆及不同越障工况下的移动探测进行了仿真分析,验证了该缓冲机构的着陆缓冲和平稳移动探测的性能。分析结果表明,该着陆缓冲机构能保证月面低空飞行器在月面安全着陆以及平稳移动探测,可为相关设计提供参考。     

月球着陆器软着陆状态跳跃半主动控制

 将磁流变阻尼器应用到月球着陆器着陆机构中,进行减震与缓冲。考虑到着陆初始姿态角的不定和月面斜角的未知,建立起着陆器软着陆动力学模型。基于磁流变液在高速流与长冲程时的阻尼特性,分析了磁流变阻尼器的力学特性。应用安全角面的概念定义安全着陆所要求的着陆初始姿态角与月面斜角之间的关系,建立状态跳跃控制策略,实现软着陆半主动控制。通过与某型被动控制的着陆器进行对比分析,研究了半主动控制。研究结果表明：当允许的最大加速度响应不超过8g时,磁流变半主动状态跳跃控制的安全角面为理想安全角面的0.977 4,是被动控制安全角面的4.2倍,最大加速度变化的相对标准差为被动控制的0.59;而且当着陆初始姿态角以及月面斜角很大时,月球着陆器姿态角变化少,保证月球着陆器平稳着陆。     

足垫垂直冲击月壤理论模型研究

为分析足垫冲击月壤运动特性,基于岩土力学理论,细化了足垫月面冲击环节,构建了足垫垂直冲击月壤的理论模型,可以快速预测足垫与月壤的相互作用特性;开展了离散元仿真验证,提取了着陆缓冲过程中冲击响应时间、足垫侵入月壤深度、轴向力及着陆过载等动力学特征参数;对比了不同着陆速度、不同足垫质量冲击工况下,离散元仿真与理论模型的计算结果。研究表明:理论模型可以反映足垫冲击月壤的运动特性及力学特性,与仿真计算误差在15%以内:理论模型在分析足垫冲击月壤时,可以代替离散元仿真分析,用于指导方案设计,具有工程实用价值。     

新一代载人月面着陆器发展趋势研究

月面着陆器是实现载人探月任务的重要组成部分,从任务规划和着陆器参数两个方面对早期美国阿波罗计划中的月面着陆器（ LM）、苏联N1-L3登月计划中的月面着陆器（ L3登月系统）以及最近美国星座计划中的月面着陆器（ Altair）的相关情况进行了分析,并从任务需求、月面环境和研究经费及基础设施方面对LM与Altair月面着陆器进行详细比较,通过比较分析总结出新一代载人月面着陆器将沿着提高乘员运送能力、扩大到达范围、延长航天员生活时间及功能模块化的方向发展,并提出研制新一代月面着陆器应着重解决着陆器推进、结构、着陆障碍检测及缓冲以及月尘防护等关键技术。     

载人月球探测器着陆缓冲机构构型方案研究

针对铝蜂窝缓冲器永久变形不利于探测器姿态调整的问题,提出了一种悬臂式着陆缓冲机构构型方案,采用丝杠滑块装置实现探测器姿态调整、着陆腿展开和收拢等功能,并开展了该机构参数设计和载荷分析。通过建立动力学模型,进行了着陆及姿态调整动力学仿真计算,验证了构型尺寸与载荷参数正确性。可为后续载人月球探测的着陆缓冲机构方案设计提供参考。     

一种用于月面着陆的知识辅助单脉冲前视成像方法

针对月面着陆过程中可能存在的着陆器倾斜而导致的结构损坏甚至颠覆等问题,提出了一种用于月面着陆的基于知识辅助的单脉冲前视成像方法。首先结合月面着陆器平台搭载的双通道雷达进行了理想情况下的单脉冲成像分析,然后分析了影响单脉冲成像性能的内在机理,并对雷达接收通道的不一致性进行了建模。在此基础上,将单脉冲成像问题转化为通道相位误差估计问题;结合天线方向图的先验信息,通过对实际天线方向图与理想方向图数据信息的对比,利用最小二乘方法估计出两者之间的相位差异,并求得改进的单脉冲测角曲线。最后对接收到的回波数据进行相位补偿,就可以获得高分辨的月面着陆区域单脉冲成像结果。地球机载实测数据处理结果表明此方法可以获得高分辨的前视成像结果,可应用在月面着陆过程中。     

月面居住舱可折叠轮式移动机构方案设想

为实现月球居住舱的移动并能够充分利用空间,根据月球表面的作业环境分析了居住舱的任务,提出了一种能够提高探测能力的月面居住舱移动机构设计方案,介绍了该移动机构在月球折叠着陆、展开移动、锁定停放及折叠起飞返回4种工作模式,总结了月面机构设计、着陆缓冲、驱动控制、能源动力以及自主维护等方面的关键技术与难题。     

气囊着陆缓冲过程仿真分析

针对气囊着陆缓冲与反弹问题,以对称的胶囊状双气囊缓冲系统为研究对象,提出了气囊的等效弹簧刚度和阻尼模型,讨论了着陆速度与气囊等效阻尼的变化关系。建立了双缓冲气囊的有限元模型,基于显式计算方法对双气囊有无排气孔的着陆缓冲过程进行了仿真,表明有排气孔气囊能实现软着陆。建立了有排气孔的芳纶织物双气囊缓冲试验系统,通过电磁快速释放装置完成了双气囊被动式排气孔的测试。结果表明,被动式排气孔的胶囊状气囊能有效起到缓冲作用,无侧翻和明显反弹,并验证了设计方法的正确性。     

轮腿式可移动载人月面着陆器概念设想

为提高月面探测的机动范围和探测能力,提出了一种新型轮腿式可移动载人月面着陆器方案设想,综合载人月面着陆器和月球车的能力,具备轮式高速移动和腿式高效避障的优点,支持月面着陆和起飞任务的执行,支持较大范围的机动作业,支持月球基地构建和运营,满足载人登月以及月球基地任务的应用需求;提出了轮腿式可移动载人月面着陆器所涉及的关键技术,可作为后续开展深入研究的参考。