月球探测器动力系统发展现状及对策

对苏联和美国的月球计划进行了综述,结合苏联/俄罗斯和美国月球计划的探测器动力系统的发展现状及我国探月计划的探测器动力系统的基本要求,提出了我国探月计划探测器动力系统发展应采取的策略。     

基于模糊滑模的月球车驱动控制

研究了运行于自然环境、具有小滑移率及小失配角、六轮独立驱动的摇臂式月球车驱动控制问题。针对以月球车车轮滑移率、方向轮失配角为输人及以月球车车体平动速度、转动速度为输出的动力学方程，利用模糊滑模控制方法设计月球车车轮滑移率，方向轮失配角的控制律．实现月球车的跟踪控制，理论分析及仿真结果表明．基于模糊滑模的月球车动力学系统驱动控制方法是可行的，在实际应用中是有效的。     

利用厄密特多项式的配置和非线性规划进行小推力最优变轨

提出了一种计算在反平方场中采用小推力变轨的最优轨道的直接方法,这种方法采用了近段发展起来的使用分段的多项式来代替状态和控制变量的直接优化方法,然后最优控制问题就转化成可以用数值方法解决的非线性规划问题。     

基于SQP方法的常推力月球软着陆轨道优化方法

月球软着陆是未来月球探测中的一项关键技术。针对这项技术，本文给出了一种基于SQP方法的常推力月球软着陆轨道优化方法。该方法通过将常推力月球软着陆轨道离散化，利用离散点处状态连续作为约束条件，把常推力月球软着陆轨道优化问题归结为一个非线性规划问题，对于此问题的求解，其初值均为有物理意义的状态和控制量，从而避免了采用传统优化方法在解决此优化问题时对没有物理意义变量初值的猜测。最后，利用SQP方法求解了此轨道优化问题。仿真计算结果表明这种离散化的方法应用于此轨道优化问题可以避免传统轨道优化方法对初值敏感的问题。     

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。     

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.      

月尘累积特性测量技术研究与应用

月尘是月球环境对月球探测器影响中的一个重要因素。文章针对月表的自然环境和月尘累积特性分布机理,开展对月尘累积特性的测量技术研究,提出了采用黏性石英晶体微量天平(SQCM)和太阳电池短路电流两种测量方法,分别测量月表自然悬浮月尘的累积特性和着陆月表时扬起的月尘量,并在此基础上设计了月尘测量系统。该测量系统包括SQCM探头、太阳电池探头和电控箱,地面标定试验结果验证了其设计的可行性。此测量系统成功应用于嫦娥三号月球探测任务中,并实现了月尘累积特性的在轨原位测量。     

High order optimal control of space trajectories with uncertain boundary conditions

A high order optimal control strategy is proposed in this work, based on the use of differential algebraic techniques. In the frame of orbital mechanics, differential algebra allows to represent, by high order Taylor polynomials, the dependency of the spacecraft state on initial conditions and environmental parameters. The resulting polynomials can be manipulated to obtain the high order expansion of the solution of two-point boundary value problems. Since the optimal control problem can be reduced to a two-point boundary value problem, differential algebra is used to compute the high order expansion of the solution of the optimal control problem about a reference trajectory. Whenever perturbations in the nominal conditions occur, new optimal control laws for perturbed initial and final states are obtained by the mere evaluation of polynomials. The performances of the method are assessed on lunar landing, rendezvous maneuvers, and a low-thrust Earth–Mars transfer.     

一类月面钻进采样机构的鲁棒控制

在月面复杂环境下采样机构模型会发生摄动,并会受到系统扰动影响,采样控制器的鲁棒性对顺利完成采样任务具有重要意义.针对回转与进尺复合式月面自动钻进采样机构建立名义控制模型,分析月面工作过程中的模型摄动、系统扰动下的控制系统模型,利用线性矩阵不等式方法进行状态反馈鲁棒控制律设计.仿真结果表明:在有界模型摄动、有界随机系统扰动情况下,系统具有鲁棒性,并对扰动具有抑制能力.     

月球着陆器软着陆稳定性关键影响因素分析

为了得到四腿悬架式着陆器软着陆稳定性判据及提高其软着陆稳定性,建立了软着陆过程动力学模型,在此基础上提出了软着陆稳定性相关判断准则,并于ADAM S中建立着陆器及月壤的参数化模型。通过软着陆动力学仿真,重点分析了着陆速度、月面倾角以及偏航角等参数对软着陆稳定性的影响。研究结果表明,采用对称模式着陆,竖直着陆速度不大于4 m/s,水平着陆速度不大于1 m/s,能够确保着陆器安全稳定地着陆,若沿月表斜坡着陆,尽量沿上坡方向着陆,且月表斜面坡度不宜大于10°。