月尘/月壤环境效应地面模拟方法研究

月壤/月尘会附着并污染航天器、月球车的表面,如果不及时清除,还会进一步诱发部件过热、机械机构卡死、密封失效、材料磨损等一系列问题.本文综述了关于月尘特性、月尘与航天器系统的互相作用机理、月尘环境模拟方法等方面的研究成果,提出了一种小型月尘环境模拟系统的设计方案.该系统将使关于月尘特性的实验研究成为可能,并可作为登月飞船及月球车材料选择、机械机构可靠性试验、除尘策略试验的平台.     

月尘静电迁移研究进展

月尘的静电悬浮和迁移是Apollo时期留下的最有争议的问题之一. 其既是研 究月球表面物质演化历史的重要线索, 也是探月工程必须考虑的重要因素. 月尘在月表环境下易因电子附着、光电效应、二次电子发射等过程带电, 并 在月球全球性静电场作用下发生迁移运动. 但目前对月尘静电迁移过程的认 识还不全面, 其主要原因在于对月尘静电特性的了解不够准确, 对静电迁移 过程的地面模拟不够充分以及对月球尘埃环境的探测较为缺乏. 未来需进一 步开展模拟月尘的研制, 月尘静电特性的分析, 静电迁移过程模拟以及尘埃 环境的探测等工作.     

地面上的模拟失重方法

航天员在轨道飞行时,由于失重因素,产生了一系列生理、病理变化,出现了空间运动病、心血管和水盐代谢紊乱、骨质脱钙、肌肉萎缩等机能紊乱和失调。这些变化或多或少地影响了航天员的健康和工作,及返回地球的再适应能力,并可能成为长时间航天飞行的主要障碍。因此,了解失重对人体的影响、生理机能失调的机制及采取有效的防护措施是十分必要的。但是在航天飞行中航天员的人数有限,且任务繁忙不能进行大量的生理实验和测试。加之,飞行中的实验     

星间链路天线相对姿态的地面模拟

星间链路天线的相对姿态模拟为星间链路的测试验证提供近真实的动态姿态环境,是星间链路系统地面测试的重要组成部分。建立多个坐标系统将两颗卫星天线的位置和姿态联系起来,利用卫星星历将天线的相对姿态表示为一颗卫星天线在另一颗卫星天线坐标系中的方向向量,利用两个二轴转台实现此方向向量,最终通过控制转台的转角模拟卫星天线的相对姿态变化。同时计算天线波束的方向,分析了两颗卫星的可见性。天线相对姿态的模拟为星间链路的建立和保持提供动态测试环境。     

星敏感器光谱探测能力用地面模拟测试系统设计

为实现对星敏感器光谱探测能力的测试和标定, 研制了一套可模拟恒星光谱的地面标定系统, 要求其光谱模拟精度优于10%. 采用光谱分布可控、光强可调的模拟照明系统作为地面标定系统的核心器件来模拟恒星光谱变化, 设计高成像质量准直光学系统使模拟星图成平行光出射, 在光学系统出瞳处产生星图, 完成具有恒星光谱信息的高精度星图模拟. 进而利用Lighttools建立标定系统的光谱仿真模型, 仿真结果表明恒星光谱模拟精度优于10%.     

中国深空测控系统建设与技术发展

我国深空测控系统是伴随着探月工程“绕”“落”“回”三步走战略的实施,从突破关键技术、初步建成系统到系统完善,逐步建立起来的,火星探测工程的实施将进一步带动深空测控系统能力的建设。站在历史的视角,从顶层设计、关键技术攻关和系统建设等方面,回顾了我国深空测控系统从无到有的发展历程,并结合未来深空测控技术的发展,对我国深空测控系统的发展前景进行了展望。     

推进剂在轨加注流体传输过程的数值模拟和地面试验研究

针对排气式在轨加注方法,对航天器在轨加注过程的流体传输行为进行数值模拟和地面试验研究．采用VOF两相流动模型数值模拟板式表面张力贮箱加注过程的流动特性,得到加注过程的流动规律．地面演示试验使用地面模拟加注系统,对排气式加注的全过程进行地面演示验证．数值模拟和地面演示试验结果表明．排气式在轨加注方法是可行的．     

翼型波浪水面巡航地面效应数值模拟

数值求解非定常不可压缩流动的雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程和标准k-ε湍流模型,用VOR(Volume Of Fluid)方法模拟波浪水面,模拟了NACA2410翼型在波浪水面上方飞行的流场.研究了余弦波浪水面的生成方法,选取合适的计算网格和时间步长,避免了在生成规则余弦波浪水面时由于数值耗散使波面形状衰减.比较了固壁波浪与水面波浪计算结果的差异,发现固壁波浪的结果更接近余弦曲线分布.研究了波浪等级对翼型气动性能的影响,分析计算结果发现:在规则的余弦水面波浪上方飞行,翼型气动力呈现周期性,给出了一个周期内气动力的变化过程,以及波长和波幅对气动力平均值和波动幅度的影响规律.      

英德拟单独探月及由此引发的对国际合作的探讨

□□进入21世纪以来,美国、欧洲航天局、日本、中国、印度和俄罗斯等国家和组织都纷纷制定了各具特色的探月计划,有的甚至已经实施并大获成功.2003年9月27日,欧洲航天局成功发射了其第1个月球探测器--斯玛特-1(SMART-1),拉开了全球第2次探月高潮的序幕.斯玛特-1在太空飞行3年后,于2006年9月3日在地面控制人员的控制下准确地撞击了月球,对全球探月产生了巨大影响,起到了"开门红"的作用,更加激发了人类的探月热情.     

我国探月工程技术发展综述

我国的探月工程,在2020年前分“绕、落、回”三步实施。本文以我国探月工程各次任务为脉络,针对目前已经完成的“嫦娥1号”“嫦娥2号”“嫦娥3号”及“嫦娥5号”高速再入试验任务,简述了工程和科学目标,介绍了实施效果,总结了主要技术成就。在此基础上,展望了探月工程未来的发展趋势,给出了月球后续任务的总体思路和框架。     

Instrument study of the Lunar Dust eXplorer (LDX) for a lunar lander mission

One of the highest-priority issues for a future human or robotic lunar exploration is the lunar dust. This problem should be studied in depth in order to develop an environment model for a future lunar exploration. A future ESA lunar lander mission requires the measurement of dust transport phenomena above the lunar surface. Here, we describe an instrument design concept to measure slow and fast moving charged lunar dust which is based on the principle of charge induction. LDX has a low mass and measures the speed and trajectory of individual dust particles with sizes below one micrometer. Furthermore, LDX has an impact ionization target to monitor the interplanetary dust background. The sensor consists of three planes of segmented grid electrodes and each electrode is connected to an individual charge sensitive amplifier. Numerical signals were computed using the Coulomb software package. The LDX sensitive area is approximately 400 cm². Our simulations reveal trajectory uncertainties of better than 2° with an absolute position accuracy of better than 2 mm.     

China's Lunar and Deep Space Exploration Program for the Next Decade (2020-2030)

China has carried out four unmanned missions to the Moon since it launched Chang'E-1, the first lunar orbiter in 2007. With the implementation of the Chang'E-5 mission this year, the three phases of the lunar exploration program, namely orbiting, landing and returning, have been completed. In the plan of follow-up unmanned lunar exploration missions, it is planned to establish an experimental lunar research station at the lunar south pole by 2030 through the implementation of several missions, laying a foundation for the establishment of practical lunar research station in the future. China successfully launched its first Mars probe on 23 July 2020, followed in future by an asteroid mission, second Mars mission, and a mission to explore Jupiter and its moons.     

China's Planning for Deep Space Exploration and Lunar Exploration before 2030

The current lunar exploration has changed from a single scientific exploration to science and resource utilization. On the basis of the previous lunar exploration, Chinese scientists and technical experts have proposed an overall plan to preliminarily build a lunar research station on the lunar South Pole by several missions before 2035, exploring of the moon, as well as the use of lunar platforms and in-site utilization of resources. In addition, China will also explore Mars, asteroids and Jupiter and its moons. This paper briefly introduces the ideas of Chinese scientists and technical experts on the lunar and deep space exploration.     

面向月面复杂环境的自主导航及跨平台仿真系统的研究

目前,月面复杂场景下的无人车自主导航仍面临巨大挑战,研究面向月面非结构化环境的自主导航方法具有重要意义。提出了一种基于地形约束的非结构化环境下的自主导航方法,采用一种基于八叉树地图的高效路径搜索和轨迹优化算法来生成轨迹,该算法可以有效地避开环境中的各种障碍物,到达指定的目的地。在Gazebo中进行了仿真实验,结果表明所提方法在无地图导航任务中取得了优异的性能。考虑到Gazebo在人机交互方面存在不足,进一步采用Windows中的Unity进行人机交互。在ROS与Windows交互方式上,设计了基于rosserial＿serve的TCP连接,并采用Visual Studio解决方案生成Win32控制台应用程序,通过IO流读写本地文件的方式,完成目标点等信息的交互;同时结合PhysX物理引擎与人机交互的方式,提供了再现车辆在月面位姿、设置危险区域与规划路径点的功能,完成了基于Unity的寻路场景重现。     

月球软着陆器动力学建模研究

建立准确、实用的月球着陆探测器动力学模型,是制导、导航和控制系统方案设计中的首要工作,文中月球软着陆探测器的推进剂贮箱采用横向对称分散布局的形式,并分析了布局方式对液体推进剂晃动的影响;将贮箱内液体考虑一阶弹簧质量模型,应用虚功率原理建立包含液体推进剂晃动的月球软着陆探测器从动力下降段至最终着陆段的动力学模型,并对动力学下降段进行了数值仿真,仿真结果可为月球软着陆探测器控制系统设计提供理论参考。     

“嫦娥一号”卫星的调相轨道设计

中国第一颗月球探测卫星"嫦娥一号"的飞行轨道的设计中采用了调相轨道,在"长征三号甲"运载火箭提供的超地球同步转移轨道与地月转移轨道之间增加了一段由周期为24h和48h轨道构成的环绕地球飞行的调相轨道。为了将几条不同的轨道精确地拼接起来,必须考虑地球引力场对轨道的摄动影响。克服这个难点的做法是基于经典的轨道摄动理论,先将整段调相轨道设计为考虑地球引力场J2项影响的平轨道,在与运载的发射轨道拼接时,先将运载的包括短周期摄动的瞬时轨道转换为平轨道,在与地月转移轨道拼接时将调相轨道转换成拼接点的瞬时轨道。由于采用了平轨道的处理方法使得轨道控制策略的表述十分简明并易于操作。     

MBSE发展趋势与中国探月工程并行协同论证

中国月球探测面临新发展态势,给月球探测任务的规划论证、总体设计、系统研制和在轨探测等提出了更高要求,当前基于模型的系统工程、并行工程等新方法及新手段受到广泛关注。本文从MBSE（基于模型的系统工程）流程、方法、工具及应用层面对MBSE的现状进行研究,分析其发展趋势。结合中国探月工程任务需求和面临的挑战,设计中国探月工程基于模型的并行协同论证框架,论述了基于依赖图的跨专业、层级、地域的模型一致性维护和基于OSLC（面向生命周期协作的开放服务）的一体化协同论证环境构建等技术方案。通过国际月球科研站的论证设计开展初步应用验证,实现多岗位角色的协同论证,为探月工程全面推进基于模型的系统工程实施提供参考。