嫦娥四号着陆器月面定时定点着陆轨道控制策略设计与实施

嫦娥四号着陆器的着陆区范围仅为嫦娥三号着陆区范围的5%。为满足在月球背面狭窄着陆区的高精度着陆需求,在嫦娥三号单层迭代的轨道控制策略基础上,提出了一种基于双层迭代的高精度定时定点月面软着陆轨道控制策略,以环月轨道倾角和环月半长轴为设计变量,设计了多发射窗口的定时定点着陆的标称轨道;再通过在近月制动及后续环月轨道控制中引入面外修正速度增量,逐次缩小轨道控制残差,解决了着陆区范围缩小带来的动力下降初始点的位置和时刻精确瞄准的需求。在轨着陆任务完成时,着陆器在动力下降初始点的落点经度预报偏差优于0.1°,落点时刻预报偏差小于1min,表明该轨道控制策略满足任务要求。     

一种辅助轨道确定的相对干涉测量方法研究

在嫦娥四号中继星任务期间某次干涉测量标校射电源观测无效、微卫星轨控后预报星历无法提供精确时延模型的背景下,提出了一种为微卫星轨控后轨道确定提供辅助约束测量信息的方法。该方法通过迭代相关处理修正时延模型,解决了轨控后微卫星预报星历不准的难题;利用中继星观测估计系统时延并修正微卫星干涉测量观测量,得到了实时条件下微卫星干涉测量观测信息,与事后相关处理结果的偏差约为4. 2ns(约1. 2m)。进一步分析了相对干涉测量中的误差因素,结果表明相对干涉测量的随机误差约2ns,与事后相关处理精度相当。最后,给出了应用于辅助探测器轨道确定的相对干涉测量数据处理方案,为后续相关背景下的干涉测量提供参考。     

利用多普勒测量确定嫦娥四号着陆器精密定轨

针对嫦娥四号着陆器环月飞行阶段的轨道,开展基于多普勒测量数据的精密轨道计算与精度分析。首先给出了多普勒测量数据的精确观测建模方法。然后,从着陆器姿控力影响,重叠弧段轨道比较,以及独立轨道比较几个方面开展计算与分析,结果表明：姿控喷气会对探测器产生细微的加速度,对轨道计算产生20~50 m的影响;通过重叠弧段的比较,稳定飞行阶段多普勒数据独立解算轨道的精度优于30 m;与测距与VLBI测量联合解算轨道的比较,轨道之间的差异小于50 m。     

“嫦娥三号”着陆缓冲机构的研究成果及其应用

“嫦娥三号”着陆器于2013年12月14日通过着陆缓冲机构在月面稳定着陆,表明中国已经突破并掌握了地外天体表面着陆缓冲技术,包括适合地外星体表面环境的缓冲方法、着陆缓冲机构设计方法和地面试验验证方法等。文章介绍了着陆缓冲方法的基本要求,对铝蜂窝缓冲特点进行了研究,提出了着陆缓冲机构关键几何参数确定及缓冲能力设计方法。此外,文章还介绍了着陆缓冲机构地面试验的主要验证项目和验证方案。这些研究成果不仅可以应用到未来火星等目标星体的着陆缓冲,而且在民用技术如桥梁的撞击防护、电梯抗坠毁及爆炸防护等领域中也具有十分广阔的应用前景。了解这些研究成果对于后续深空软着陆探测及相关民用技术的发展具有重要的意义。     

嫦娥二号卫星大容量存储器设计

根据嫦娥二号月球卫星分别需在100km圆轨道获取分辨率优于10m的月面立体图像,以及在100km/15km椭圆轨道获取分辨率优于1.5m的立体图像需求,设计了NAND型FLASH存储芯片的固态大容量存储器,其存储容量达128Gbit。设计中采用了并行扩展加流水线操作的方式,提高了存储和擦除速率;引入了＂簇＂的概念,在存...     

基于“嫦娥三号”放射性载荷的总装防护设计与实施

“嫦娥三号”月球探测器安装有放射性载荷,因此需要在总装过程中进行有针对性的防护,以尽量降低操作人员可能受到的辐射危害。文章在分析各工作平台辐射剂量率的基础上,结合一般防护方法,提出了基于操作时间控制、操作距离限定以及屏蔽防护选择3项基本控制要素的核辐射环境中的操作防护设计方案。经地面模拟演练的验证及塔架上最终实施结果比对,证明防护方案设计合理可行,操作人员受到的累积辐射剂量处于预期值范围内的较低水平。     

CE-4中继卫星使命轨道维持与动量轮卸载联合控制方法

针对嫦娥四号中继卫星动量轮频繁喷气卸载对其使命轨道Halo轨道的扰动问题,定性分析了卫星角动量累积规律和动量轮卸载对使命轨道构型的影响,给出了动量轮卸载前后角动量变化量与喷气卸载等效速度增量的关系,在角动量卸载预测的基础上,提出了一种使命轨道维持与动量轮卸载联合控制方法,通过偏置维持控制目标抵消控后动量轮卸载影响,达到延长轨道维持控制周期和节省推进剂的目的,给出了控制目标偏置量的求解方法。工程应用结果验证了方法的有效性。     

嫦娥四号探测器推进系统设计特点与验证

嫦娥四号探测器推进系统在充分继承嫦娥三号探测器的技术方案基础上,在发动机精确控制和高精度变推力、轨道控制管路超压管理、月面高可靠推进剂钝化、气瓶在轨提高裕度和发动机量化极性测试方面进行了优化设计,并通过了地面试验和在轨飞行试验的充分验证。结果表明:嫦娥四号探测器推进系统完成了在轨飞行全部姿态控制和轨道控制任务,取得的发动机推力精确控制和高精度变推力等技术成果可应用于其他探测器。     

嫦娥四号探测器着陆区精确选择与评价系统设计

根据主要的科学探测目标和工程约束条件筛选出了适宜嫦娥四号任务着陆的大范围区域。嫦娥四号探测器的着陆区选择需要兼顾科学探测目标、工程实现的约束以及着陆区的环境、表面特征等等。其中,着陆区的表面特征主要包括坡度、撞击坑及岩石丰度、地形对光照遮挡情况等,直接影响了动力下降过程、着陆安全及月球巡视器的车体移动能力,也是影响着陆区选择的重要因素。基于已有的着陆区遥感测绘数据,对着陆区范围内的关键地形进行了统计分析。并通过模糊推理,建立并应用了着陆区选择及评价模型,在大范围着陆区域中精确筛选出了小范围的着陆区。最后,根据嫦娥四号任务实际在轨飞行过程,对该方法进行了验证。文章所使用的地形确定及筛选方法,可以为后续地外天体软着陆探测任务提供借鉴。     

嫦娥四号着陆区织女陨坑电场环境数值模拟

由于太阳紫外、X射线和太阳风粒子作用,近月表形成尘埃等离子体环境,而月表陨坑地形使得这种尘埃等离子体环境更为复杂.本文以位于嫦娥四号着陆区的织女陨坑为研究对象,基于高程数据构造了该陨坑的三维模型.根据太阳-月球关系和陨坑地理坐标信息,计算了陨坑白天任意时刻的有效太阳辐照度分布,探讨了不同时刻陨坑内外的光照面积占比,得到陨坑随地方时而发生的遮蔽效应特征.同时,基于月表充电方程计算了织女陨坑在不同地方时条件下的平衡表面电势、德拜鞘高度和电场强度分布,发现陨坑自身遮蔽效应对坑内电场环境影响十分明显.以坑底中心为例,讨论了地方时和纬度对类织女陨坑的平衡表面电势、德拜鞘高度及电场强度的影响,结果表明三者变化特征均以正午时刻及赤道为界呈对称分布,越接近12:00LT或者越接近赤道,坑底中心的平衡表面电势和电场强度越高,德拜鞘高度越低.