The lunar dust pendulum

An analytic model for the motion of a positively charged lunar dust grain in the presence of a shadowed crater at a negative potential in vacuum is presented. It is shown that the dust grain executes oscillatory trajectories, and an expression is derived for the period of oscillation. Simulations used to verify the analytic expression also show that because the trajectories are unstable, dust grains are either ejected from the crater’s vicinity or deposited into the crater forming “dust ponds.” The model also applies to other airless bodies in the solar system, such as asteroids, and predicts that under certain conditions, particularly near lunar sunset, oscillating dust “canopies” or “swarms” will form over negatively charged craters.     

Scheme design of the CHANG’E-5T1 extended mission

Flight schemes for the CHANG’E-5T1 extended mission are investigated in this paper. In the flight scheme and trajectory design, the remaining propellant of the CHANG’E-5T1 mission is utilized. The CHANG’E-5T1 mission is firstly introduced with feasible flight goals derived based on the terminal trajectory and satellite status. The flight schemes are designed to include a lunar return and the libration points in the Sun-Earth/Moon and Earth-Moon systems, with an emphasis on the Earth-Moon triangle libration point thus far unexplored. Secondly, three schemes are proposed for the CHANG’E-5T1 extended mission with different flight goals. The direct libration point orbit transfer and injection method is adopted to solve the issue in the transfer trajectory design. Furthermore, an innovative concept is proposed to transfer from the Earth-Moon collinear libration point to the triangle point using the Sun-Earth/Moon libration point. Finally, the merits and drawbacks of the three schemes are discussed in terms of flight time, control energy and frequency, flight distance, and goal value. As a result, the scheme including a lunar return and the Earth-Moon L2 libration point is selected for the CHANG’E-5T1 extended mission. A flight to the Earth-Moon libration point is achieved, replicating the achievement of the ARTEMIS mission.     

通向月球之路

通向月球的路是漫长的。从现在起,有针对性地对空间探测理论与技术进行研究是非必需的。本文对月球探测轨道作一介绍,利用借力飞行和WSB转移,减少轨道机动所需的△V,从而减少发射费用,这对支持长期的持续的空间探测是非常必要的。离子推进推力器是空间探测用推进器的理想选择,应继续进行研究,并进行飞行试验验证。     

一种采用衰减记忆滤波的环月航天器自主导航方法研究

针对环绕月球运行的深卒探测航天器提出了一种新的自主导航方案，该方案是以两个环月航天器之间的相对位置矢量信息作为量测量，结合轨道动力学方程，对航天器的轨道自主估计确定，方案中考虑了符合实际的复杂摄动影响，并对描述动力学特性的数学模型与噪声的统计模型不准确而导致的滤波发散问题，提出利用一种经过衰减记忆改进的平方根非线性滤波（SRUKF）算法进行解决。对所提方案做了大量的计算机仿真，同时洋尽的分析和比较了由于衰减因子及采样周期变化所带来的影响。从仿真结果上看，衰减记忆滤波处理能够很好得抑制非线性状态转移条件下的滤波发散趋势。     

月球探测器直接软着陆最优轨道设计

研究月球探测器直接软着陆最优轨道的设计问题。首先根据探测器直接软着陆的特点，提出了有限推力最省燃料的最优轨道设计问题；然后利用有限推力月面软着陆的最优推力控制方向的计算公式，研究了边值条件和计算方法；最后通过直接软着陆最优轨道的算例及结果分析，发现开始制动高度越低越省能量；推力方向可变时比不可变时节省能量；推力大小可变相当于采用了多级制动，对安全定点着陆非常有利。     

双三体系统不变流形拼接成的低成本探月轨道

传统的探月轨道设计原理为二体模型框架下的Hohmann变轨理论,但1991年日本的Hiten探月器利用太阳的摄动,用比传统的方法更少的燃料完成了探月任务。利用三体问题非线性系统的不变流形设计了节省燃料的探月轨道。沿用JPL研究组的思路,将太阳-地球-月亮-航天器四体问题分解成太阳-地球-航天器和地球-月亮-航天器两个共面的圆形限制性三体问题,对Hiten类的探月轨道给出了更深刻的数学、力学解释;给出了流形的结构以及更合理的拼接方式;找到了发射位置、发射速度和拼接点;设计出了类似Hiten探月器的探月轨道,可比传统方法节省速度增量12%左右。结果证明了三体系统不变流形在登月轨道设计研究中的可行性和优越性。     

月球车的视觉和自主导航系统

基于当前对于月球车、火星登陆机器人等的研究结果，介绍了月球车的视觉系统、控制方案和路径规划方法，并提出了对于月球车的控制方案的见解和路径规划的一些方法。     

月球车立体视觉的一种标定与三维重建算法

为提高月球车视觉系统的摄像机标定和图像的三维重建精度,提出了一种基于多平面标定点的改进Tsai氏两步法,用线性重建算法对标定和匹配结果进行空间景物点的重建,根据最小二乘曲面拟合原理拟合视场区域的基本轮廓。对一标定模板的标定和图形的三维重建结果表明,该算法的精度高、速度快,可用于月球车立体视觉系统。     

月球探测器轨道设计与地面观测弧

本文研究月球探测器轨道设计方法及与地面观测弧的关系。主要研究地月直接转移轨道和定相环形转移轨道。通过建立Ｂ平面用迭代方法得到满足要求的月球卫星轨道，并认为定相环形转移轨道的测控优于直接转移轨道。     

月球探测机器人运动控制算法研究

针对常规模糊控制的不足 ,本文提出一种模糊神经网络自适应控制 ,它综合模糊控制与神经网络控制各自的优点 ,实现模糊控制的智能化 ,并将其应用于月球探测机器人的运动控制中。仿真结果证明该控制方案的优越性、有效性和可行性