月面重力模拟系统恒拉力绳索的动力学研究

月面巡视器在未来探月工程中有非常重要的作用.月球重力场是影响月面巡视器运动性能的重要环境因素,需要对其进行地面模拟试验.文章基于绳索悬挂建立月面重力模拟系统,其关键是对恒拉力绳索进行建模和动力学分析.通过将绳索离散化为一系列集中质量的弹簧阻尼结构,得到多刚体系统来代替连续的弹性系统,用数值计算方法来研究绳索系统的动力学参数(如刚度和阻尼)对月面重力模拟系统的影响,来优化月面重力模拟系统.     

六轮摇臂式月球探测车协调驱动自适应模糊容错控制

为提高复杂和未知环境中六轮摇臂式月球探测车的驱动控制系统的可靠性,防止因执行器故障引起的月球车失控,提出一种基于滑转率的协调驱动自适应模糊容错控制方法。该方法用模糊逻辑系统逼近系统的未知动态和未知的故障函数,并通过所设计的误差补偿器来减少逼近误差对跟踪精度的影响。基于Lyapunov理论,证明了所设计的容错控制方案不但能使跟踪误差收敛到原点的小邻域内,而且通过适当增大设计参数的值,可使跟踪误差减小。此外,为便于应用给出了详细的容错控制器设计步骤,并对控制器中参数的选取给出了示例。仿真结果表明该控制律具有较高的控制精度,并且对外部干扰有很强的鲁棒性。

     

大角度月面异面动力上升制导策略研究

针对月球探测器大角度异面动力上升入轨问题,提出了一种共面间接上升策略。该策略基于显式制导(E制导)律和轨道机动原理,经过共面动力上升、轨道滑翔2个过程和2次轨道机动,实现大角度异面上升。仿真结果表明:1)E制导律均能实现共面和异面的在线实时制导;2)与传统的平面修正上升策略相比,燃料一定时,轨道转移方法发射窗口明显较大,这在实际应用中应对突发紧急情况随时准备月面起飞有重要的工程意义。     

钻取式自动采样机构螺旋钻杆结构参数的多目标优化

分析了螺旋钻杆的输出月壤原理和输出月壤阻力（阻力矩）以及综合考虑了螺旋槽内月壤对钻杆驱动力矩的影响、螺旋升角的取值范围和钻杆的轴向钻进功率后建立了钻杆驱动力矩、轴向加载力及功耗的模型。利用该模型分析了钻杆外径、螺旋槽深、槽宽比及螺旋升角等结构参数对钻杆驱动力矩和轴向加载力的影响,获得了钻杆结构参数对钻杆驱动力矩和轴向加载力的影响规律。以钻杆质量和功耗最小为双优化目标,以钻杆外径、螺旋槽深、槽宽比及螺旋升角等结构参数为设计变量,基于遗传算法对钻杆结构参数进行了优化,优化后的功耗较优化前降低了31.8%,钻杆质量减小了23.3%。总体减少了钻探风险,可为钻取式自动采样机构的设计提供理论依据。     

解析计算在月球中继卫星Halo轨道设计中的应用

面向月球中继卫星工程轨道设计需求,研究解析计算方法在地月系L2点halo轨道设计中的应用问题。在讨论圆型限制性三体问题三阶解析近似计算方法的基础上,分析了解析计算与数值计算的差异,给出了解析近似计算在工程约束下的适用范围,进而提出了基于解析计算的轨道设计和特征筛选方法。分别采用解析初值和数值初值进行halo轨道外推,比对验证采用解析计算设计轨道的可行性。研究结果表明,解析计算方法适用于月球中继卫星轨道的初步设计、特征分析和构型筛选。     

激光捷联惯导车载重力测量试验

惯性导航系统中加速度计测量的比力是载体运动加速度与重力加速度的矢量和,当载体运动加速度能够被有效分离时,满足一定精度水平的惯性导航系统就可以成为动态重力仪。捷联式惯性导航系统体积小、重量轻、系统组成简单,可以在记录下惯性器件原始输出信息之后,通过离线处理过程进行数据处理和精度挖掘。本文通过对某高精度激光捷联惯导进行相应的软硬件更改,获得了兼具导航及重力测量功能的一体式动态重力仪。地面车载试验是验证动态重力仪的测量精度的有效手段之一,本文将一组高速公路重复测线的数据进行了处理和分析,结果表明在平均车速72km/hr的条件下,半波长分辨率2km,自由空间重力异常内符合精度优于1mGal。     

嫦娥一号卫星撞月时刻与坐标精确分析

针对CE-1卫星精确的撞月时刻与撞月点坐标,首先通过探测器载波信号的本地相关处理技术,精确分析了载波信号在VLBI各测站的消失时刻,进而推算了卫星的撞月时刻;通过实时单向多普勒频移测量的事后分析,核实了卫星撞月过程中的飞行姿态演化;最后结合VLBI互相关时延与测距资料,经定位归算确定撞月点坐标。分析表明,CE-1卫星撞月时刻的误差为±5μs,撞月点坐标月面切向和三维定位误差分别约为0.274km和0.319km(1σ)。     

Comparative study of lunar mission requirements and onboard propulsion system performance

In recent years, the lunar explorer programs, suspended for a long time, have resumed again with the rapid development of low cost and high-level technologies. As a result, several nations have made a success of lunar exploration programs with their own orbiters. Unlike a satellite orbiting the earth, the optimal design of an onboard propulsion system of a lunar orbiter is a major issue because it is not simple to make the orbiter arrive accurately at another planet far from the earth. Hence, a close attention is required to select and develop an appropriate type of the onboard propulsion system based on given mission requirements of a lunar orbiter. To do this, this study first surveys several lunar orbiters launched since 1990 and their major mission requirements. Then, it summarizes the technical trends of the onboard propulsion systems of the recent lunar orbiters and their key design and performance specifications through trade-off studies. By comparing these features, the present study investigates which lunar mission requirements are critically important, and how they can effect on the overall performance of an onboard propulsion system. Based on these investigations the major objective of the present study intends ultimately to set up a fundamental baseline in selecting and developing an appropriate type of onboard propulsion system of a lunar orbiter.     

水下重力辅助惯性导航关键技术研究及实现

重力辅助惯性导航已渐成水下导航领域的研究热点,其实现是一项复杂的工程,涉及多项的关键技术.文章首先介绍了重力辅助导航的基本原理;之后详细阐述了在真实海洋环境下,重力辅助导航所需解决的若干关键技术问题,并给出了相应的研究成果;最后总结了我国水下重力辅助导航的发展趋势及研究的若干建议.     

Inversion of satellite gradiometry data using statistically modified integral formulas for local gravity field recovery

The satellite gravity gradiometric data can be used directly to recover the gravity anomaly at sea level using inversion of integral formulas. This approach suffers by the spatial truncation errors of the integrals, but these errors can be reduced by modifying the formulas. It allows us to consider smaller coverage of the satellite data over the region of recovery. In this study, we consider the second-order radial derivative (SORD) of disturbing potential (T_rr) and determine the gravity anomaly with a resolution of 1° × 1° at sea level by inverting the statistically modified version of SORD of extended Stokes’ formula. Also we investigate the effect of the spatial truncation error on the quality of inversion considering noise of T_rr. The numerical investigations show satisfactory results when the area of T_rr coverage is the same with that of the gravity anomaly and the integral formula is modified by the biased least-squares modification. The error of recovery will be about 6 mGal after removing the regularization bias in the presence of 1 mE noise in T_rr measured on the orbit.