载人登月与深空探测工程科技论坛召开

<正>以"载人登月与深空探测"为主题的中国工程院科枝论坛于2010年11月5日在北京召开,包括30余位院士在内的航天及相关领域的领导、专家和学者出席了论坛。本次论坛旨在深入研讨载人登月与深空探测系统的技术需求和发展趋势,以及中国实施载人登月与深空探测的发展思路和设想,共同谋划中国载人登月与深空探测的未来发展。与会专家、学者针对载人登月与深空探测发展态势和科学目标,中国深空探测的成就和未来发展,中国载人     

载人登月应急返回轨道倾角优化设计

针对载人登月短期全球访问任务,月面上升过程存在上升舱与返回舱异面交会问题。以减小调面机动燃料消耗为目标,利用三垂线定理给出上升轨道与目标轨道的最小平面夹角（楔角）求解公式,考虑应急返回任务需求,以降低整个任务期间最坏的平面夹角为目标,给出全月面到达着陆轨道与上升轨道倾角求解方法。仿真结果表明,所提方法计算简单,精度高,可为载人登月任务设计和分析提供参考。     

固液推进技术在载人登月中的应用

通过对世界主要航天国家和地区新世纪载人登月计划的研究、美国"阿波罗"飞船登月舱动力系统的详细分析,基于固液推进技术的特点,利用遗传算法开展了固液火箭发动机替代"阿波罗"登月舱下降级和上升级液体火箭发动机方案的优化设计,并对两者在功能、质量、体积和推进剂特性上进行了对比分析.结果表明固液推进技术在载人登月以及深空探测中具有良好的应用优势和前景.     

环月轨道交会的载人登月任务轨道与窗口规划

针对环月轨道(Low Lunar Orbit,LLO)共面交会支持的"人货分离"载人登月任务,提出了一种任务窗口与轨道一体化规划方法。分析了基于LLO共面交会的"人货分离"载人登月任务的基本流程和工程约束;针对任务各阶段窗口与轨道求解问题,提出了以动力下降时刻为迭代初值的窗口规划策略,并建立了高精度模型下的环月轨道、双二体模型下的人员和货物运输轨道规划模型。以载人月球探测中国科学家命名的环形山为假想背景,给出仿真实例,仿真结果验证了文章所提方法的正确性,为探月工程任务提供了一种有效的窗口与轨道设计工具。     

载人航天连续报道21世纪载人航天活动展望(4)

3.2 载人火星探测 就人类的空间探测而言,20世纪的壮举是美国的"阿波罗"登月计划,21世纪则将是载人火星探测.但要实现载人火星探测,首先要解决两个问题:其一是目的和意义;其二是技术途径.     

开放的月球:携手同行的深空探测之路

正美国共和党国会前议员吉姆·布莱登斯坦就任美国国家航空航天局(NASA)局长后,为美国的载人航天带来了新的发展理念和目标。刚刚明确要在2024年送人重返月球,NASA又表示还要向火星进发,目标是在2033年把人送到这颗红色的星球。在国会一场听证会上,NASA局长称为实现那一目标,包括载人登月在内的其他工作需要加速进行,月球是火星飞行的试验场。布莱登斯坦把近月空间站建设作为深空探测的第一步,并主张通过国际合作实现载人深空探测的目标。     

“阿波罗”计划

作为迄今为止最庞大的月球探测计划,"阿波罗"飞般的任务包括为载人登月飞行做准备和实现载人登月飞行,已于1972年结束.     

月球原位资源利用技术研究

正月球上含有丰富的能源和矿产资源,太阳能和氦-3等都是地球能源之外的重要补充与额外储备,如能解决月球原位资源的开发与利用技术,则月球对于人类而言,就是一个几乎取之不尽、用之不竭的能源宝库,同时也能够为人类后续建造载人月球基地奠定基础。1引言绕月探测、落月探测、采样返回是人类开展月球探测的初级阶段,自1969年阿波罗-11(Apollo-11)     

月球粒子辐射环境探测现状

月球表面没有磁场的保护,粒子辐射是人类在月球活动的重要风险要素。概述了月球的辐射环境以及辐射来源,并介绍了月球探测的现状,特别提及了近年来几个较为典型的月球辐射探测实例及其探测结果;介绍了我国“嫦娥4号”上搭载的月表中子与辐射剂量探测仪（Lunar Lander Neutron&Dosimetry,LND）的科学目标及其技术指标。LND的科学目标主要包括：载人登月辐射剂量的测量、月球南极艾特肯盆地水含量的测量、艾特肯盆地FeO含量的测量,以及为日球层科学的研究提供依据。     

美国洛马公司提出载人登陆小行星计划

美国洛马公司准备在阿波罗-11登月50周年纪念之际,也就是2019年,实施载人登陆小行星计划。这项搭载两名航天员的"猎户座"载人飞船飞往近地小行星(NEA)探测的计划名为"普利茅斯岩"(Plymouth rock,又称"移民石")计划,整个飞行任务往返用时6个月。该项计划不仅能加强人类遨游外太空所需的硬件系统研究,     

月尘环境效应及地面模拟技术

介绍了月球尘的特点及其对探月活动的影响。在分析月球尘环境及其对月面探测器污染、磨损、阻塞、静电效应的基础上,对月球尘环境模拟技术、月球尘扬尘及其运动学和动力学规律、月球尘效应防护及试验评价方法等研究方向和重点提出了一些初步看法。针对研究内容的需求,梳理出一台完整的月球尘地面模拟试验设备应具备真空、温度、太阳风、太阳紫外、月球尘、月面电场、月面磁场等环境因素。在此基础上,设计了一种月球尘地面模拟试验装置方案,并对月球尘环境效应试验方法进行了初步讨论。为月球探测后期任务条件保障建设及相关研究工作提供参考。     

嫦娥工程技术发展路线

月球是距离地球最近的天体,以其独特的空间位置、广阔的科学探索前景,成为人类地外天体探测和资源利用的首选目标和持续选择。简要总结世界各主要航天大国的探月发展历程和后续计划,详细介绍了我国探月工程(嫦娥工程)"绕""落""回"三步走的发展思路和技术路线,分析了后续的发展方向,提出了2030年前月球机器人科研站任务设想。     

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.      

模拟月壤真空试验装置设计及实现方法

我国探月三期需在月面真空环境下钻采2 m深的月壤样品,为测试采样器在真空热环境下的性能,需首先在地面模拟一个接近月表的真空热环境.本文设计了一套模拟月壤真空试验装置,研究了模拟月壤真空实现方法.通过使用机械泵对模拟月壤进行抽真空,分析了抽速、样品量、含水量、密实度和温度等因素对模拟月壤真空度的影响情况.此外,分别分析了从容器顶部、底部抽气对模拟月壤抽真空效果的影响,提出了保证样品密实度的可行抽气方法.该试验研究对构建月面真空环境模拟器具备一定的参考价值.      

极月轨道上太阳电池阵外热流规律分析

准确的月球表面温度分布模型对于开展月球探测具有重要意义. 目前有关月球表面温 度模型还缺乏对完整月球表面温度分布的计算方法研究. 本文建立了一套计算完整月球表面温度的方法, 其中月球阳面温度采用Racca模型直接计算得到; 对于月球阴面, 将其沿纬度方向划分为若干区域, 每个区域的地表土壤采用一维非稳态热传导模型, 根据嫦娥三号着陆器太阳电池阵在轨环月阶段的温度数据, 修正得到月球表面土壤导热系数、密度及比热容, 通过数值计算求解一维非稳态热传导方程, 得出任意时刻月球阴面表面温度随时间的变化. 嫦娥三号着陆器太阳电池阵环月阶段热分析结果与在轨温度符合较好, 初步说明本文建立的完整月球表面温度计算方法正确可行. 基于本文方法计算得到整个月球表面温度分布, 进一步研究了极月轨道太阳电池阵外热流变化规律.      

“嫦娥4号”月球背面软着陆任务设计

介绍了"嫦娥4号"月球背面软着陆任务设计方案。着陆区初步选定为月球背面南极–艾特肯(South PoleAitken,SPA)盆地内的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑内。采用中继星实现着陆器和巡视器的对地通信,并选择环绕地月拉格朗日L2点的halo轨道作为其使命轨道。采用CZ-4C火箭和CZ-3B火箭,分别完成中继星和着陆器–巡视器组合体的发射。两器一星上共配置了6台国内研制科学载荷和3台国际合作科学载荷,开展以低频射电天文观测、巡视区形貌、矿物组份及浅层结构为主的科学探测。此外,还搭载了2颗月球轨道编队飞行微卫星、月面微型生态圈和大孔径激光角反射镜,分别开展超长波天文干涉测量试验、月面生态系统试验和超过地月距离的激光测距试验。通过创新设计顶层任务,充分继承成熟技术和产品,增加中继通信功能模块,开放资源引入高性能载荷和搭载项目,将实现一次低成本、短周期、大开放、高效益的月球探测任务。     

月壤剖面冲击贯入式探测方案研究

以月壤剖面的原位探测为目标,提出一种利用土体结构侵彻原理的冲击式贯入器设计方案。重点阐述了冲击式贯入器的工作原理和机构实现方案,并开展多方案设计与分析。研制了原理样机并开展实验验证,证明利用冲击式贯入方法实现月壤剖面自动潜入的可行性,并对我国未来开展月壤剖面原位探测提出了相关建议。     

火星表面高氯酸盐生物转化及原位制氧工艺技术

火星表面极端缺氧条件及广泛分布的高氯酸盐所形成的强氧化环境,对人类登陆探测及后续宜居环境建设构成直接威胁.根据对火星表面高氯酸盐分布的探测成果,地球上高氯酸盐生物降解研究进展,以及人类登陆火星对资源和环境的需求,提出了利用生物方法转化火星表面高氯酸盐进行原位制氧的设想与工艺,对其工艺过程、影响因素、关键技术与难点、行星保护与副产物资源化、后续火星环境改造等进行了前瞻性分析,有望在火星上同时实现高氯酸盐无害化处理与氧气原位制备,化害为益,为火星探测提供新思路与新方法.      

利用月面链路的月球车定位体制

提出一种利用月面月球车-着陆器UHF(Ultra High Frequency)近程通信链路的高精度测距、测角的新方法,实现月球车的精密定位.该体制采用直序扩频和CCSDS(Consultative Committee for Space Date Systems) Proximity-1协议实现月球车-着陆器之间的数据交互,利用双向异步传输帧非相干扩频测距方法实现精密测距,利用着陆器双天线形成短基线实现对月球车方位角的精密测量.讨论了用于测距的CCSDS Proximity-1协议帧结构、双向异步传输帧测距原理、方位角的载波相位差分干涉测量原理,以及建立月面着陆参考系并给出月球车精确定位的方法.研究表明,所提出的方法功能集成度高、信道资源利用率高、设备简单、性能指标满足月球探测二期月球车的月面定位、通信任务需求.