月球基地建设方案设想

随着月球探测的深入发展,国内外众多月球探测方案和月球开发计划均将月球基地建设作为一个重要目标。月球基地建设将服务于后续无人月球探测和载人登月探测任务。通过月球基地的功能和意义分析,对月球基地的选址约束、建设步骤和实施过程提出了初步构想,并针对典型的探测站/器进行了分析。在此基础上,根据我国运载能力,提出了月球基地方案构想,并对月球基地建设的若干关键问题进行了初步探讨,可为后续月球基地建设提供参考。     

“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。     

一种嵌入式月面巡视器移动系统模拟器设计

提出了一种嵌入式月面巡视器移动系统模拟器设计方案,分析了模拟器的功能性能需求,给出了模拟器整体方案设计及硬件、软件的具体实现,最后通过系统测试对模拟器设计的有效性进行了验证.该移动系统模拟器可实现对移动系统电机及负载的功率级模拟,满足移动控制驱动组件的系统测试需求,并具有良好的通用性和可扩展性.     

月球软着陆过程高精度自主导航避障方法

针对未知地形和障碍会危及着陆安全的问题,给出了一种月球软着陆过程高精度自主导航避障方法,主要包括基于IMU配以测距测速修正的自主绝对导航、障碍识别与目标着陆点选取、针对目标着陆点的相对导航与相对避障控制等算法。该方法在保证着陆精度的同时也大大降低了着陆过程遇到障碍的风险,提高了系统的安全性,已成功应用于实际工程任务。     

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.      

月球着陆器软着陆半主动多态控制

基于磁流变阻尼器在月球着陆器上应用的可行性及其阻尼的可控性,设计了一种磁流变缓冲装置.考虑到着陆时减速火箭的反推力影响以及着陆时地面撞击的作用,假设着陆器的着陆初始高度多变,建立了一种月球着陆器着陆地面冲击模型.根据着陆过程缓冲与减振的要求,采用了软着陆半主动多态控制策略.应用加速度与速度响应进行状态切换,并根据能量守恒原理确定出多态控制缓冲嚣的状态参数.3种不同被动控制进行比较分析.结果表明,半主动控制缓冲器能很好地降低着陆器着陆冲击时的过载,同时也能很好地减缓其着陆时的振动.采用半主动多态控制策略的着陆器对较高的着陆初始高度和较大的接地下沉速度的适应性很强,其缓冲效率随着着陆初始高度的增加而增加,在达到允许的最大加速度和允许的最大缓冲行程时,缓冲效率达到最高,这能很好地保障着陆器软着陆安全.     

用于月球着陆的激光高度计热控设计探讨

文章对落月轨道的外热流进行了分析,比较了几种热控设计方案的优缺点,探讨了热控优化设计的原则,认为在落月轨道上激光设备的热控设计应首选热容热控方案,对于在其他飞行阶段有长期开机需求的情况再考虑散热面方案或热电致冷方案。“嫦娥三号”月面探测器激光高度计采用了热容热控设计,该设备热控设计能够满足不同阶段温度指标要求并且与热分析结果相一致,热控设计方案正确、优化原则合理可行。     

一种基于概率路线图的月球巡航车路径规划算法

为提高月球巡航车自主探测时的安全,提出一种基于概率路线图(Probabilistic Roadmap, PRM)的改进路径规划算法.该算法基于距离变换地图,改善PRM算法的采样方式,控制采样点远离障碍物,使规划的路径远离障碍物,避免紧贴障碍物前进的危险情况,提高了月球巡航车自主探测过程中的安全程度.为评估路径的安全性,提出安全警戒系数和最小安全警戒系数两个安全指标,并在月球表面仿真环境下对A*,PRM和改进的PRM算法生成的路径进行安全评估.结果表明改进的PRM算法相较于A*算法,安全警戒系数和最小安全警戒系数分别提升了2.20 m,1.00 m;相较于PRM算法,安全警戒系数和最小安全警戒系数分别提升了1.68 m,1.00 m.改进的PRM算法不局限于月球巡航车的路径规划,还可以应用于对路径安全性要求较高的探索机器人和自动驾驶汽车.     

巡视探测器悬架机构综述

悬架机构是巡视探测器移动系统的重要组成部分,其性能直接影响着巡视探测器的通过性能、越障能力和稳定性等。文章分析了目前应用于巡视探测器的各种悬架,分别为杠杆导向的扭力式独立悬架、摇臂转向架悬架、五轮五点接触悬吊式悬架、平行架一叉形架悬架、三体柔性悬架、ExoMars巡视探测器悬架系列（RCL-C、RCL-E、CRAB和Double Spring）、正反四边形悬架等。在分析的基础上总结了巡视探测器悬架机构的发展趋势,同时为我国月面巡视探测器移动部分悬架机构的选择提出了建议。     

月球表面热环境测量方案的研究

月面热环境探测是我国探月工程中的一项必要工作,具有重要的工程意义和科学意义。文章主要探讨月球表面热环境的测量技术方案,为研制一种技术性能先进并可在我国探月工程中搭载的月面热环境测量仪器作好必要的技术准备。这是一种兼顾工程需要与科学性的用于热测量的有效载荷,可实地获取月表热环境特性参数,既可为后续的月面活动提供可靠的热控设计依据,又可为月球的相关科学研究提供必要的基础数据。